大規(guī)模儲能技術(shù)是實現(xiàn)可再生能源普及應用的關(guān)鍵核心技術(shù)，液流電池由于具有安全性高、儲能規(guī)模大、效率高、壽命長等特點，在大規(guī)模儲能領(lǐng)域具有很好的應用前景。全釩液流電池是目前發(fā)展最為成熟的液流電池技術(shù)之一，現(xiàn)處于產(chǎn)業(yè)化示范階段。

不久前，國家重點研發(fā)計劃10兆瓦級液流電池儲能技術(shù)項目在邵東正式啟動。該項目的啟動，標志著全釩液流電池儲能在解決電能大規(guī)模高效存儲難、突破新能源調(diào)峰難并網(wǎng)難的瓶頸方面，邁出了堅實一步。近日，中科院大連化物所在液流電池新體系方面取得新進展。說了這么多，到底何為液流電池呢？

液流電池的自述

液流電池是由美國科學家Thaller L.H.（NASA Lewis Research Center）于1974年提出的一種電化學儲能技術(shù)。它是一種活性物質(zhì)存在于液態(tài)電解質(zhì)中的二次電池技術(shù)。電解液置于電堆外部，在循環(huán)泵的推動下流經(jīng)電堆，并發(fā)生電化學反應，實現(xiàn)化學能與電能的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)電能的存儲與釋放。充電時，正極發(fā)生氧化反應，活性物質(zhì)價態(tài)升高；負極發(fā)生還原反應，活性物質(zhì)價態(tài)降低。放電時則正好相反，正極發(fā)生還原反應，活性物質(zhì)價態(tài)降低；負極發(fā)生氧化反應，活性物質(zhì)價態(tài)升高。


與傳統(tǒng)二次電池直接采用活性物質(zhì)做電極不同，液流儲能電池的電極均為惰性電極，只為電極反應提供反應場所，活性物質(zhì)通常以離子狀態(tài)存儲于電解液中。正極和負極電解液分別裝在兩個儲罐中，通過送液泵實現(xiàn)電解液在管路系統(tǒng)中的循環(huán)。運行過程中，全液態(tài)液流電池氧化還原反應表現(xiàn)為離子價態(tài)的變化，沉積型液流電池表現(xiàn)為金屬的沉積與溶出。


根據(jù)活性物質(zhì)的不同，液流電池可分為全釩、鋅/溴、多硫化鈉/溴、鐵/鉻等多種技術(shù)路線，目前做的最多的是全釩液流電池。液流電池的儲能容量易調(diào)節(jié)規(guī)模，儲能容量取決于電解液容量和濃度，因此液流電池的規(guī)模設(shè)計非常靈活；液流電池選址自由度大，系統(tǒng)可全自動封閉運行，無污染，維護簡單，操作成本低；最重要的是液流電池安全性高，它的電解質(zhì)溶液為水溶液，電池系統(tǒng)無潛在的爆炸或著火危險，安全性高。

科研界廣泛關(guān)注，研究進度如何？

我們都知道液流電池現(xiàn)在做的最多的是全釩液流電池，因為都是釩所以就沒有什么污染問題，它的安全性高，壽命長。

國家重點研發(fā)計劃

10月17日，國家重點研發(fā)計劃10兆瓦級液流電池儲能技術(shù)項目在邵東正式啟動。本項目旨在研究10MW級大規(guī)模液流電池儲能系統(tǒng)的材料及其制備、元件及系統(tǒng)集成、工程應用等核心關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)全釩液流電池核心、關(guān)鍵材料低成本制造，降低全釩液流電池成本、提高大容量全釩液流電池儲能系統(tǒng)效率，加速全釩液流電池儲能系統(tǒng)的應用。該項目在光伏發(fā)電、風力發(fā)電、智能電網(wǎng)、交通軍事等領(lǐng)域有著良好的應用前景。

中科院大連化物所


中科院大連化物所儲能技術(shù)研究部近日在液流電池新體系方面取得新進展，開發(fā)出新一代高能量密度低成本中性液流鋅鐵液流電池體系。該電池在40mA/cm2工作電流密度條件下，能量效率超過86%，連續(xù)運行超過100次循環(huán)性能無明顯衰減。該體系活性物質(zhì)濃度可達2M，其體積能量密度可達56Wh/L。更重要的是，與其他液流電池體系相比，該體系具有更低的成本（<400RMB/kWh）,表現(xiàn)出很好的應用前景。對于新一代液流電池的研究開發(fā)，具有重要的指導意義。

麻省理工學院

麻省理工學院不久前開發(fā)出了一款可以“呼吸空氣”、長期貯存能量的液流電池。該空氣液流電池在放電的時候，會吸入來自外界的空氣；而在充電的時候，它又可以排出空氣：在吸入過程中，電池會在陰極電解液中產(chǎn)生帶負電荷的氫氧根離子；呼出氧氣的時候，陽極液里則會產(chǎn)生帶正電荷的氫離子。研究人員表示，其原理和人類的呼吸作用很像，通過在系統(tǒng)中獲取氧氣來平衡電荷。


在同等能量密度下，這種液流電池，造價僅為鋰離子電池的 1/5 。若將該電池的升級版本投入商用，預計每千瓦時的儲能成本可控制在 20~30 美元之間。當前這款電池的原型只有咖啡杯大小，下一步他們準備將這種設(shè)計用于更大規(guī)模的系統(tǒng)中，并進一步提升該電池的效率、性價比、以及工作壽命（當前僅為 1500 小時）。

日本住友

日本住友電工早在上世紀90年代開始全釩液流電池技術(shù)研發(fā)，具有領(lǐng)先的系統(tǒng)集成和工程應用技術(shù)。2016年5月，公司旗下子公司與美國大型電力公司圣地亞哥煤氣電力就采用全釩氧化還原液流電池的蓄電系統(tǒng)簽訂了實證實施協(xié)議。2016年第三季度，該項目在配電網(wǎng)上開始實證運轉(zhuǎn)。

AVL

一直專注于全釩液流電池研發(fā)的AVL公司。AVL 公司正與西澳大利亞大學展開合作，并于2016年12月研發(fā)出了第一塊全釩液流電池。但由于本土廠商并不具備生產(chǎn)儲能功能的釩電解液，AVL 從奧地利Gildermeister公司進口釩電解液。

美國UniEnergyTechnologies公司

UniEnergy Technologies公司擁有世界領(lǐng)先的混合酸型全釩液流電池技術(shù)，承擔建造了美國首個兆瓦時級全釩液流電池儲能電站。目前，美國能源部正在支持美國UniEnergy Technologies公司執(zhí)行一個新型液流電池儲能項目，目標就是在項目達到大規(guī)模和電網(wǎng)一體化時，能夠?qū)⒁毫麟姵睾吞厮估姵貫橹鞯匿囯x子電池進行比較和對照。

大連融科

目前，大連融科累計實現(xiàn)全釩液流電池裝機容量超過12MW，占世界總裝機量的40%。2013年，大連融科與大連化物所聯(lián)合研制的全球最大規(guī)模的5MW/10MWh 全釩液流電池儲能系統(tǒng)成功通過業(yè)主的驗收，這是目前世界上第一套實際并網(wǎng)運行的5MW級大型工業(yè)儲能裝置，各項指標都處于國際領(lǐng)先水平。

2014年，大連融科與博世集團合作，在德國北部風場建造了250KW/1MWh全釩液流電池儲能系統(tǒng)。并與美國UniEnergy Technologies公司合作，建造了美國首座兆瓦級全釩液流儲能電池電站。

大力電工

大力電工多年專注全釩液流電池儲能系統(tǒng)的研究開發(fā)，截至目前，該公司已在釩電池領(lǐng)域申請專利24項、授權(quán)發(fā)明專利17項、建立企業(yè)標準7項，先后在印度、新加坡和國內(nèi)等地開展了12個釩電池儲能系統(tǒng)示范工程，產(chǎn)品遠銷至韓國、美國等地。

2017年2月公司自主研發(fā)的模塊化釩電池儲能系統(tǒng)，日前拿到2017年韓國首個訂單，公司連續(xù)兩年給韓國多個項目供貨，首批產(chǎn)品已完成制備檢測發(fā)。

結(jié)語：液流電池實現(xiàn)商業(yè)化或可預期

儲能技術(shù)的進步帶動了儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各種儲能技術(shù)都有其適宜的應用領(lǐng)域。在大規(guī)模儲能應用領(lǐng)域，全釩液流電池相對于壽命較低的鋰離子電池略勝一籌，但由于受到能量密度低、成本過高等局限的影響，在風電等大型儲能領(lǐng)域尚處試驗階段。10月11日，五部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》，《意見》指出，要應用推廣一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的儲能技術(shù)和產(chǎn)品，其中重點包括100MW級全釩液流電池儲能電站?？梢娙C液流電池的應用價值日益受到國家重視，近年來，各種電池技術(shù)層出不窮，業(yè)界呈現(xiàn)出“百花齊放，百家爭鳴”的局面，全釩液流電池未來能否實現(xiàn)商業(yè)化，讓我們拭目以待。