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2019-03-01是憂患儲電還是間接浪費？走看液流電池的優化與革命
591 期
Author 作者
周宜欣／臺灣大學化學工程學研究所博士生、行政院原子能委員會核能研究所助理研究員，專長為電化學技術應用。
為減緩溫室效應，全球能源來源勢必朝向風能、太陽能與潮汐能發展。可再生能源的電能輸出深受氣候影響，具不穩定與間歇性特質；而儲能技術的運用，將有效改善可再生能源的缺失，完美調節其不穩定的問題。
蓄電池vs.液流電池──循環壽命與性能大評比！
電化學儲能電池經分析發現，使用壽命最長的是全釩液流電池（vanadium redox flow battery, VRFB，圖一），其充放電循環壽命可達1萬次以上。反觀其它種類，以蓄電池為例，循環壽命多低於5000次，如鈉硫電池（約4500次）、鎳氫與鋰離子電池（圖二，約2500次）及鉛酸電池（約700次）。一般而言，蓄電池的循環壽命偏低，導致單位造價偏高，且電池裝置的單電池循環壽命遠比其組成──電池堆（stack）要高，因此，提高電池堆之組裝堆疊技術，將可大幅降低高功率電池堆的造價成本。
圖一：位於澳洲新南威爾斯大學（UNSW）的全釩液流電池。（Wikimedia-Radiotrefoil, https://bit.ly/2SYJMuy）
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圖二：鎳氫電池。（Wikimedia- Stefflheffl, https://bit.ly/2SKiUPC）
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圖三：鋰離子電池。（Wikimedia-J. Ash Bowie, https://bit.ly/2GKWGG6）
液流電池（redox flow battery）被視為最容易擴充儲存電量的儲能裝置，不僅安全性最佳，在不慎啟動故障電池時也不會產生爆炸、火花及廢氣。這種電池的儲電工作模式，以全釩液流電池為例，幫浦分別輸送不同價態的釩離子溶液（正極為VO2+∕VO2+，負極為V3+∕V2+），再進入電池正、負極端進行電化學儲能反應。電池充電時，由外部電源獲得電能，使正極端四價釩離子氧化成五價、負極端三價釩離子還原至二價，放電時化學反應恰為相反，藉由釩離子濃度的變化，電能和化學能相互轉換。
解析液流電池單電池架構（圖四），其為電極與電解液流道板等組件材料構成的一組單電池（unit cell），而多組單電池可排列堆疊組成電堆，並能決定運轉總功率。電能儲存於電解液，雖說可依需求針對電池功率與儲放電能做設計，但如果僅以單一電堆配合可再生能源發電裝置，兩者電能規格間產生的差距甚遠，因此必須瞭解如何提升液流電池運轉功率與能量。
圖四：液流電池單電池架構。
電堆連連看──液流電池系統運轉規格大耀進
若以串並聯多組電堆方式使液流電池運轉功率提升至百萬瓦（MW）級，則整體稱為液流電池系統（redox flow battery system）。......【更多內容請閱讀科學月刊第591期】