液流电池储能技术研究进展|今日报

推动能源结构调整与转型和实现可再生能源的规模发展和替代是实现“双碳”目标的关键。可再生能源发电具有不连续、不稳定的特点，大规模并网会对电力系统的安全性、可靠性带来严峻的挑战。

(资料图)

储能技术可有效地调控可再生能源发电的不稳定性，实现安全稳定供电。因此，储能技术是构建以新能源为主体的新型电力系统、实现双碳目标的关键支撑技术。在众多储能技术中，液流电池储能技术具有安全可靠、生命周期内性价比高、环境友好、循环寿命长等优点。

根据正负极电解质溶液中活性电对种类的不同，液流电池可分为铁铬液流电池、锌溴液流电池、全铁液流电池、全钒液流电池等。

01、铁铬液流电池研究进展

1974年，美国航空航天局(NASA)的Thaller等提出了第一个真正意义上的液流电池体系：铁铬液流电池体系，采用Fe3+/Fe2+//Cr3+/Cr2+作为正、负极氧化还原电对，硫酸作为支持电解质，电池电压为1.18 V。

研究者对铁铬液流电池技术进行了大量的基础性研究，如电极优化及设计、电解液体系优化、催化剂筛选、电池结构设计及优化等，为铁铬液流电池的发展奠定了良好的基础。

2019年，国家电投中央研究院自主研发的首个31.25kW铁铬液流电池电堆“容和一号”成功下线并通过了检漏测试；由8台31.25kW铁铬液流电池电堆构成的国内首个250kW铁铬液流电池储能示范项目于2020年在沽源战石沟光伏电站投入应用，该系统具备6h储能时长(1.5MWh)，可有效提高光伏电站能源利用效率，标志着国家电投自主研发的储能技术正式投入应用。

长期研究表明，Cr3+/Cr2+负极电对反应动力学慢、析氢副反应严重的两大弱点难以完全克服，随着运行时间的增加，由于正、负极电解质溶液中铁离子和铬离子的微量互串，容易引起正、负极电解质溶液中活性离子交叉污染，造成储能容量的衰减问题。

02、全钒液流电池研究进展

全钒液流电池技术最早由澳大利亚新南威尔士大学Skyllas-Kazacos提出，该体系最大的优点是正负极氧化还原电对使用同种元素钒，电解液在长期运行过程中可再生，避免了交叉污染带来的电池容量难以恢复的问题。

全钒液流电池正负极氧化还原电对的电化学反应动力学良好，在无外加催化剂的情况下即可达到较高的功率密度。而且该电池在运行过程中无明显析氢、析氧副反应，具有优良的可靠性。因此，全钒液流电池技术得到了长足的发展，已进入大规模商业运行和市场开拓阶段。

传统全钒液流电池电堆使用的膜材料主要是商业化的全氟磺酸离子交换膜，其成本较高且离子选择性相对较差；此外，全钒液流电池电堆内部存在流体、浓度、温度等多场协同作用下的分布均匀性问题，限制了高功率密度全钒液流电池电堆的结构设计及集成；在高功率密度电堆测试过程中，电堆产热量大，对电解液温度适应性提出了很高的要求。

针对上述关键技术问题，研究者通过关键材料、液流电池功率密度、可靠性、高效集成等方面的创新，开发出新一代全钒液流电池电堆，不仅提高了电堆的可靠性，同时提高了电堆装配的自动化程度，减少密封材料的使用，也降低了电堆的成本。

03、锌基液流电池研究进展

目前，以全钒液流电池为代表的液流电池储能技术发展迅速，已经处于产业化推广阶段。但相比其他电池技术，全钒液流电池存在成本相对较高、能量密度偏低的问题。与全钒液流电池不同，以金属锌为负极活性组分的锌基液流电池体系具有储能活性物质来源广泛、价格便宜、能量密度高等优势，在分布式储能及用户侧储能领域具有很好的应用前景。

在众多种类的锌基液流电池体系中，锌溴液流电池和锌碘液流电池是为数不多的两类正、负极两侧电解液组分(溴化锌或碘化锌)完全一致的液流电池体系，不存在电解液的交叉污染，电解液再生简单。

其中，锌溴液流电池电压高达1.82V，电池活性物质浓度高，理论能量密度高达430Wh/kg，相同容量的液流电池，锌溴液流电池所需电解液体积更少，实际应用中占地面积更小。锌溴液流电池也是目前技术成熟度最高的一类锌基液流电池体系，在国外获得了较好的发展。

除锌溴液流电池储能技术外，碱性锌铁液流电池也是目前较为成熟的一类锌基液流电池储能技术。

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