【正文】 培養(yǎng)研究生 9 人以上，發(fā)表文章 45 篇以上，申請(qǐng)專利 8 項(xiàng)以上。為課題 5 的驗(yàn)證平臺(tái)提供離子交換膜和雙極板 。 進(jìn)行“風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng) 額定輸出功率為 5kW，儲(chǔ)能容量為 50kWh 的全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng) 電力變換器和負(fù)載”的多系統(tǒng)組裝、集成。 確定 2 個(gè)以上的液流電池新體系，研究電池性能及其影響因素；及電池結(jié)構(gòu)的放大；研究溴在膜材料內(nèi)部傳遞機(jī)理。 建立大規(guī)模高效儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行理論模型及優(yōu)化調(diào)度評(píng)估體系；提出 集穩(wěn)態(tài)分析、動(dòng)態(tài)仿真為一體的含大規(guī)模液流 電池 儲(chǔ)能的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)全過程數(shù)字仿真理論與方法，建立系統(tǒng)的綜合數(shù)值仿真平臺(tái)和動(dòng)態(tài)模擬的物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。 建立高選擇性、高穩(wěn)定性、高導(dǎo)電性離子交換膜規(guī)模制備工藝。 研究 液流電池新體系組配規(guī)律及電池結(jié)構(gòu)改進(jìn)；探索正極材料的表面改性工藝。 第四年度 重點(diǎn)進(jìn)行液流儲(chǔ)能電池關(guān)鍵材料的設(shè)計(jì)理論和合成方法的工程科學(xué)原理研究。 建立一體化電極極板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備方法；改進(jìn)金屬基極板性能。 建立液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)模擬仿真模型；研究輸送泵、公用工程等系統(tǒng)內(nèi)的單元、過程的優(yōu)化集成設(shè)計(jì)。 第三年度 考察外界影響因素和電化學(xué)反應(yīng) 對(duì)電解液穩(wěn)定性的影響；研究活性物種遷移規(guī)律；計(jì)算模擬添加劑分子對(duì)活性物種的作用方式。 研究液流儲(chǔ)能電池與電力變換器的模塊化集成方法；電氣網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的模擬仿真；液流儲(chǔ)能電池控制系統(tǒng)的信息獲取、處理與融合技術(shù)。 初步確定離子交換膜合成方法和合成路線，明確離子在膜內(nèi)傳導(dǎo)規(guī)律。包括制備條件、支持電解液濃度、添加劑對(duì)電解液穩(wěn)定性影響規(guī)律研究及活性離子存在形態(tài)在線檢測(cè)方法研究。 建立液流儲(chǔ)能單電池模擬仿真模型，實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單電池性能的預(yù)測(cè)；揭示單電池內(nèi)電流密度分布、濃度分布以及溫度分布的規(guī)律；完成大面積液流儲(chǔ)能單電池試制試驗(yàn)。 四、年度計(jì)劃 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第一年度 進(jìn)行液流儲(chǔ)能電池關(guān)鍵材料的構(gòu)效關(guān)系和影響機(jī)制的初步 研究。項(xiàng)目研究合作團(tuán)隊(duì)來自 4 個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室或國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 3 個(gè)國(guó)家工程研究中心， 5 個(gè)省部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，代表了我國(guó)在大規(guī)模液流電池儲(chǔ)能技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)研究力量。 取得重大突破的可行性分析 明確的學(xué)術(shù)思想、研究目標(biāo)、可行的技術(shù)路線 本項(xiàng)目組織了中國(guó)科學(xué)院、教育部、中國(guó)人民解放軍、國(guó)家電網(wǎng)所屬的在液流儲(chǔ)能電池相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域如液流電池儲(chǔ)能技術(shù)、燃料電池、二次電池、電化學(xué)、新材料、電力電子，有著多年研究工作積累和雄厚基礎(chǔ)的單位及相關(guān)企業(yè)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，突出學(xué)科交叉合作，針對(duì)國(guó)家可再生能源的普及應(yīng)用和電力系統(tǒng)節(jié)能減排對(duì)大規(guī)模高效儲(chǔ)能技術(shù)的重大需求，凝 練研究目標(biāo)和關(guān)鍵科學(xué)問題，設(shè)置研究課題和研究?jī)?nèi)容，組織研究隊(duì)伍，開展深入系統(tǒng)的理論、實(shí)驗(yàn)和模擬仿真的研究工作，為液流儲(chǔ)能電池關(guān)鍵材料、系統(tǒng)集成和實(shí)用化工程開發(fā)提供基礎(chǔ)理論、科學(xué)方法支撐。其關(guān)鍵科學(xué)問題的突破，將推動(dòng)我國(guó)大規(guī)模液流儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步和實(shí)際應(yīng)用。 項(xiàng)目的特色 針對(duì)國(guó)家重大需求 本項(xiàng)目針對(duì)我國(guó)太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源發(fā)電的普及應(yīng)用及電力系統(tǒng)平衡用戶端負(fù)荷、提高電能利用效率、落實(shí)節(jié)能減 排目標(biāo)對(duì)大規(guī)模高效液流儲(chǔ)能技術(shù)的重大需求開展基礎(chǔ)研究，解決實(shí)用化前必須突破的關(guān)鍵科學(xué)問題，有著直接而明確的應(yīng)用背景。 方法創(chuàng)新 在液流儲(chǔ)能電池關(guān)鍵材料的構(gòu)效關(guān)系等基礎(chǔ)理論和設(shè)計(jì)原理的研究基礎(chǔ)上，利用多種現(xiàn)代合成手段，建立液流儲(chǔ)能電池電解質(zhì)溶液，離子交換膜及電極極板材料合成、制備及材料物性表征評(píng)價(jià)的新方法；建立多場(chǎng)協(xié)同作用下高濃度復(fù)雜溶液體系的物理化學(xué)研究方法，建立液流儲(chǔ)能電池模塊及電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的模擬仿真理論和批量制備及系統(tǒng)集成新方法。為體現(xiàn)、驗(yàn)證和完善本項(xiàng)目獲得的理論、方法，集中項(xiàng)目各課題的研究成果，構(gòu)建含太陽(yáng)能 /風(fēng)能發(fā)電、 5kW/50kWh 液流儲(chǔ)能電池、電能變換器及用 電負(fù)載等的綜合系統(tǒng)驗(yàn)證平臺(tái)，驗(yàn)證和完善本項(xiàng)目所獲得的基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)工程技術(shù)。建立和完善大規(guī)模高效液流電池儲(chǔ)能技術(shù)科學(xué)理論體系。以求在5 年內(nèi)取得具有原始創(chuàng)新的突破性基礎(chǔ)研究成果，揭示電解質(zhì)溶液、離子交換膜、電極極板等關(guān)鍵材料的構(gòu)效關(guān)系、多組分協(xié)同作用機(jī)理、材料組分和合成方法對(duì)穩(wěn)定性、耐久性的關(guān)聯(lián)及調(diào)控機(jī)制。探索高效能液流儲(chǔ)能電池新體 系。 （ 5）綜合本項(xiàng)目的研究成果，集成出由 5kW 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電體系，輸出功率大于 5kW、儲(chǔ)能容量大于 50kWh、電池系統(tǒng)能量效率大于 75%的液流儲(chǔ)能電池體系、電能轉(zhuǎn)換體系和用電負(fù)荷等多體系構(gòu)成的綜合驗(yàn)證平臺(tái)，檢驗(yàn)、驗(yàn)證和完善項(xiàng)目獲得的理論和工程技術(shù)成果，為大規(guī)模高效液流儲(chǔ)能電池的工程化、實(shí)用化提供理論指導(dǎo)和基礎(chǔ)工程技術(shù)支撐。 （ 2）建立高性能、低成本液流儲(chǔ)能電池電解質(zhì)溶液、離子交換膜、電極極板等關(guān)鍵材料的設(shè)計(jì)理論和規(guī)模制 備方法和工藝；解決電解質(zhì)溶液的晶析問題，提高電解液的穩(wěn)定性；在保證液流儲(chǔ)能電池能量效率前提下，離子交換膜的成本降低至現(xiàn)在使用的杜邦公司 Nafion 115膜的 45%以下；碳塑極板的成本降至國(guó)產(chǎn)石墨板價(jià)格的 15%以下。 主要研究?jī)?nèi)容包括：大規(guī)模液流儲(chǔ)能系統(tǒng)的高效電能變換耦合機(jī)理及系統(tǒng)集成方法、大規(guī)模液流儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制理論、大規(guī)模液流儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量?jī)?yōu)化控制與綜合管理策略、含大規(guī)模液流儲(chǔ)能的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的綜合仿真與實(shí)驗(yàn)研究。發(fā)展電流密度均勻分布調(diào)控方法，優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立電池模塊及電池系統(tǒng)規(guī)模放大的數(shù)學(xué)模型和基礎(chǔ)理論，制定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與規(guī)模放大原則和策略。而電池模塊和電池系統(tǒng)的規(guī)模放大決不是簡(jiǎn)單的尺寸上的增大，而是需要對(duì)電池模塊和電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，解決電池模塊內(nèi)電極表面及單電池相互之間和電池模塊與模塊之間電解液傳質(zhì)均勻性問題，從而提高電池的運(yùn)行電流密度，增加系統(tǒng)比功率，有效降低成本。 液流儲(chǔ)能電池模塊和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與規(guī)模放大的模擬仿真理論及系統(tǒng)集成方法研究 液流儲(chǔ)能電池是由多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的單元部件構(gòu)成。探討適合全液相液流儲(chǔ)能的新電對(duì)，探索具有高穩(wěn)定性、高能效的全液相液流儲(chǔ)能新體系。 高效能液流儲(chǔ)能電池新體系關(guān)鍵材料及電池系統(tǒng)研究 本項(xiàng)目以變價(jià)離子電對(duì)、溶液化學(xué)及電化學(xué)相結(jié)合的研究為切入點(diǎn)，重點(diǎn)研究具有高能量密度、高效能的單液流儲(chǔ)能新體系和改進(jìn)鋅溴體系。通過研究炭氈與碳塑復(fù)合極板的表面特性、導(dǎo)電性及結(jié)構(gòu)對(duì)其電化學(xué)反應(yīng)活性及電池性能的影響規(guī)律，揭示多場(chǎng)協(xié)同作用下電極過程動(dòng)力學(xué)及電極表面副反應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理和原因。本課題擬以化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性較高的烴類高分子聚合物為離子交換膜材料，研究高性能、低成本液流儲(chǔ)能電池用新型膜材料。 b) 烴類聚合物離子交換膜的研究 液流電池儲(chǔ)能技術(shù)最終能否普及應(yīng)用的關(guān)鍵在于其技術(shù)是否有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在解明膜材料老化與分子降解機(jī)理研究基礎(chǔ)上，建立膜材料穩(wěn)定性調(diào)控理論和技術(shù)方法。分別考察在復(fù)合外場(chǎng)條件下（濃度場(chǎng)、電場(chǎng)、壓力場(chǎng)等）離子遷移的變化規(guī)律，探討新型離子交換膜分子設(shè)計(jì)方法，形成分子水平的微觀離子通道定量調(diào)控策略，實(shí)現(xiàn)離子交換膜的高選擇性、高電導(dǎo)率和高穩(wěn)定性。改變離子交換膜內(nèi)固定電荷的種類、組成、數(shù)量，能夠定量調(diào)控固定電荷密度，進(jìn)而影響電解液中多種價(jià)態(tài)的陽(yáng)離子、陰離子、水合離子，以及電解液穩(wěn)定劑在離子交換膜表面的競(jìng)爭(zhēng)吸附過程。 針對(duì)上述科學(xué)問題，采用理論設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證緊密結(jié)合的方法，從分子水平 揭示材料制備與應(yīng)用過程的科學(xué)原理。 離子交換膜材料的組分、結(jié)構(gòu)對(duì)物性的影響機(jī)理及膜的材料設(shè)計(jì)理論和制備方法研究 在液流儲(chǔ)能電池中，離子交換膜起著阻隔正極和負(fù)極電解液、避免電池自放電引起能量損失、同時(shí)通過離子的傳導(dǎo)形成電池內(nèi)電路。采用小波分析方法確定釩物種在不同電解液體系的存在形態(tài)所對(duì)應(yīng)的精細(xì)特征譜圖，并與電化學(xué)技術(shù)相結(jié)合，建立低價(jià)釩物種的在線分析方法。比較不同制備方法獲得的電解液的濃度、初始酸度、反應(yīng)溫度與時(shí)間等因素對(duì)電解液物理、化學(xué)特別是電化學(xué)性能的影響行為與機(jī)制，建立構(gòu)效關(guān)系，優(yōu)化制備條件。電解質(zhì)中的雜質(zhì)元素的種類和濃度也會(huì)嚴(yán)重影響電解質(zhì)溶液的穩(wěn)定性。 主要研究?jī)?nèi)容 針對(duì)阻礙液流電池儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的 “ 瓶頸 ” 問題，解決存在的關(guān)鍵科學(xué)問題，達(dá)到預(yù)期研究目標(biāo)，本項(xiàng)目設(shè)立以下主要研究?jī)?nèi)容： 高濃度、多價(jià)態(tài)、多組分復(fù)雜電解質(zhì)溶液的物理化學(xué)性質(zhì)及高穩(wěn)定性電解質(zhì)溶液的制備方法研究 液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的電活性物質(zhì)存在于電解質(zhì)溶液中，電解質(zhì)溶液的濃度決定著液流儲(chǔ)能電池的能量密度；其穩(wěn)定性和電化學(xué)活性決定著儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的穩(wěn)定性、使用壽 命及充放電能量效率。同時(shí)，部分可再生能源發(fā)電單元（如太 陽(yáng)能、風(fēng)能等）中的狀態(tài)變量隨著氣候和環(huán)境參數(shù)變化。 大規(guī)模液流電池儲(chǔ)能系 統(tǒng)的高效電能轉(zhuǎn)換與系統(tǒng)能量耦合特性 建立液流電池精確的電特性等效模型，構(gòu)建儲(chǔ)能系統(tǒng)