中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：可再生能源的間歇性和波動(dòng)性對(duì)大規(guī)模集成后的電網(wǎng)可靠性提出了重大挑戰(zhàn)，開發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)、可靠的儲(chǔ)能技術(shù)成為解決可再生能源大規(guī)模應(yīng)用瓶頸的關(guān)鍵。地下液流電池是指利用地下鹽穴或人工硐室作為地面液流電池正負(fù)極電解液的大型儲(chǔ)存空間，并通過電堆實(shí)現(xiàn)能量?jī)?chǔ)存與釋放的一種新型儲(chǔ)能技術(shù)。以鹽穴作為電解液的儲(chǔ)存場(chǎng)所，則必須考慮到我國(guó)鹽巖的基本賦存特點(diǎn)是鹽巖層數(shù)多、單層厚度薄和含不溶或難溶夾層多，屬于典型的薄互層鹽巖構(gòu)造。因此，在我國(guó)建設(shè)鹽穴液流電池不可避免地會(huì)遇到多夾層與沉渣對(duì)液流電池電化學(xué)性能的影響，以及電解液長(zhǎng)時(shí)侵蝕對(duì)圍巖力學(xué)及孔滲特性的影響，即鹽穴賦存特征與液流電池電解液相互作用機(jī)制。而目前尚未有針對(duì)該機(jī)制研究，因此，亟需對(duì)該機(jī)制開展深入研究，搶占科技制高點(diǎn)，為我國(guó)鹽穴液流電池儲(chǔ)能技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。
中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所油氣地下儲(chǔ)備與開發(fā)研究中心牽頭開展的相關(guān)研究，選配出適宜在鹽穴中儲(chǔ)存的正極電解液（MV）和負(fù)極電解液（TMA-TEMPO），以我國(guó)某典型鹽礦為工程依托，開展了鹵水中單一離子對(duì)正極和負(fù)極電解液電化學(xué)性能影響試驗(yàn)，以及以原位飽和鹵水作為支持電解質(zhì)的全電池性能測(cè)試試驗(yàn)，揭示了鹽穴賦存特征對(duì)液流電池電化學(xué)性能影響機(jī)理。同時(shí)，開展了高溫高壓電解液長(zhǎng)時(shí)侵蝕下鹽穴圍巖孔-滲特性測(cè)試試驗(yàn)和低頻循環(huán)荷載蠕變?cè)囼?yàn)，揭示了電解液長(zhǎng)時(shí)侵蝕對(duì)圍巖孔-滲特性和鹽巖蠕變行為作用機(jī)理。
進(jìn)一步地，為解決目前鹽穴液流電池中活性物質(zhì)在鹽穴中濃度分布不均的技術(shù)難題，團(tuán)隊(duì)提出了一種正負(fù)高低四腔聯(lián)動(dòng)鹽穴液流電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)在正極和負(fù)極端分別部署兩個(gè)鹽穴，儲(chǔ)存氧化還原前后的電解液，有效隔絕了不同價(jià)態(tài)的電解液，解決了活性物質(zhì)在鹽穴中濃度分布不均的技術(shù)難題，保障了鹽穴液流電池在充放電過程中的能量效率。該系統(tǒng)不僅保留了液流電池功率與容量靈活配置、高效率、長(zhǎng)壽命和高安全等優(yōu)勢(shì)，且解決了地面液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)占地面積大、溫控成本高和環(huán)保壓力大的問題，實(shí)現(xiàn)了低成本、大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的協(xié)同系統(tǒng)構(gòu)建。目前，該系統(tǒng)已申請(qǐng)中國(guó)和美國(guó)專利。
研究成果發(fā)表于一區(qū)TOP期刊《Energy》，研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)優(yōu)秀會(huì)員和國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
圖1 四腔聯(lián)動(dòng)鹽穴液流電池系統(tǒng)
圖2 陰極電解液TMA-TEMPO侵蝕處理：（a）夾層樣品的孔隙度和滲透率與侵蝕時(shí)長(zhǎng)的關(guān)系；（b）鹽巖樣品的孔隙度和滲透率與侵蝕時(shí)長(zhǎng)的關(guān)系
圖3 陽(yáng)極電解液MV侵蝕處理：（a）夾層樣品的孔隙度和滲透率與侵蝕時(shí)長(zhǎng)的關(guān)系；（b）鹽巖樣品的孔隙度和滲透率與侵蝕時(shí)長(zhǎng)的關(guān)系
圖4 以鹽礦原位飽和鹵水作為支持電解質(zhì)的TMA-TEMPO/MV的速率性能和穩(wěn)定性：（a）不同電流密度下的放電容量；（b）不同電流密度下的庫(kù)侖效率和能量效率；（c）電解質(zhì)濃度分別為0.05、0.25和1.5 M，在40 mA·cm-2下循環(huán)200次放電容量；（d）第1、50、100、150和200次循環(huán)對(duì)應(yīng)的充放電曲線
