中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，百兆瓦級(jí)的液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站在大連進(jìn)入并網(wǎng)調(diào)試最后階段，預(yù)計(jì)10月中旬正式投入使用。該電站是迄今全球功率最大、容量最大的液流電池儲(chǔ)能電站，對(duì)我國(guó)可再生能源發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。
該項(xiàng)目由中科院大連化學(xué)物理研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)大連化物所）提供技術(shù)支撐，大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司設(shè)計(jì)制造，大連恒流儲(chǔ)能電站有限公司建設(shè)運(yùn)營(yíng)。
兩個(gè)足球場(chǎng)大小的電站，716個(gè)大型儲(chǔ)罐、358個(gè)集裝箱在這里整齊排列。曾經(jīng)的荒地如今“搖身一變”成為大連能源的“希望”，也成為大連化物所研究員李先鋒等人心中最值得驕傲的事情。
創(chuàng)新：“無(wú)中生有”的研究
大連化物所研究員張華民一直密切關(guān)注該項(xiàng)目的動(dòng)向，前期在液流儲(chǔ)能電池關(guān)鍵材料與系統(tǒng)集成方面作出貢獻(xiàn)的他，得知項(xiàng)目成功推動(dòng)后十分激動(dòng)?！案杏X(jué)我們的夢(mèng)想成真了！”
2000年，時(shí)任日本公司能源環(huán)境研究室主任，事業(yè)蒸蒸日上的張華民，卻毅然決然地放棄高薪，選擇來(lái)到大連化物所工作。這次歸國(guó)，張華民是帶著“任務(wù)”來(lái)的。
“我和德國(guó)科學(xué)家每年都有很多項(xiàng)目合作，也因此接觸到可再生能源。很早我就意識(shí)到，可再生能源將逐步由輔助能源變?yōu)橹鲗?dǎo)能源?！睆埲A民說(shuō)。
但是，由于可再生能源具有波動(dòng)性、不連續(xù)性等特點(diǎn)，因此必須有大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)與之配套，才能穩(wěn)定運(yùn)行。大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)繼而成為可再生能源普及應(yīng)用的瓶頸技術(shù)。而大規(guī)模儲(chǔ)能必須具備3個(gè)條件：安全性高，生命周期性?xún)r(jià)比高、循環(huán)壽命長(zhǎng)，電池報(bào)廢后不能對(duì)環(huán)境造成惡劣影響。
想到這里，張華民更加堅(jiān)定要做大容量、大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)能技術(shù)。他所在的團(tuán)隊(duì)，首先在原料方面展開(kāi)探索研究?！翱紤]到安全性和容量可恢復(fù)性，我們想到了釩?！彼f(shuō)。
所有的液流電池都擁有一個(gè)正極電對(duì)和一個(gè)負(fù)極電對(duì)，而全釩電池兩邊是同等元素，未來(lái)的回收及維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，即使長(zhǎng)期運(yùn)行使正負(fù)極電解液中釩離子的價(jià)態(tài)失衡，也可以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的方法將其修復(fù)。
然而，國(guó)際上的“風(fēng)云變幻”帶給團(tuán)隊(duì)不小的壓力。
日本住友電工和加拿大VRB公司在釩液流電池的研發(fā)上位居全球前列。2005年，在該領(lǐng)域深耕20余年的日本住友電工因成本問(wèn)題突然停止研究工作；2008年，加拿大VRB公司又因?yàn)榻?jīng)濟(jì)危機(jī)宣布破產(chǎn)。
“作為世界上做得最早、最好的兩家企業(yè)，一個(gè)停止研究一個(gè)破產(chǎn)，我們當(dāng)時(shí)壓力很大。”張華民告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。
當(dāng)時(shí)，整個(gè)團(tuán)隊(duì)沒(méi)有人做過(guò)釩液流電池的相關(guān)研究，幾乎從“零”開(kāi)始的項(xiàng)目對(duì)于全體人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)莫大的挑戰(zhàn)。
經(jīng)過(guò)分析，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，釩液流電池成本“居高不下”主要是因?yàn)殡娊庖撼杀緹o(wú)法壓縮。如果能在雙極板、傳導(dǎo)膜等方面有所突破，將可以通過(guò)減少材料成本達(dá)到降低整體項(xiàng)目成本的效果。從電解液、電極、膜、雙極板到電堆的系統(tǒng)集成，如果團(tuán)隊(duì)可以掌握全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)，這些困擾將迎刃而解。
探索：由“C”轉(zhuǎn)“O”的結(jié)構(gòu)拼圖
如何降低成本、提高性能是產(chǎn)業(yè)化鏈條的“重頭戲”。這其中，繞不開(kāi)電池膜集成和電堆結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
2009年，從比利時(shí)留學(xué)回來(lái)的李先鋒加入大連化物所儲(chǔ)能技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)。新鮮血液的涌入為項(xiàng)目發(fā)展注入了不竭動(dòng)力。李先鋒一回來(lái)就扛起重?fù)?dān)，直奔“要害”，擔(dān)起了液流電池關(guān)鍵材料——離子傳導(dǎo)膜的研發(fā)重任。
面對(duì)瓶頸，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)始在創(chuàng)新分子結(jié)構(gòu)方面下功夫，通過(guò)調(diào)控膜的孔徑大小，突破了膜離子傳導(dǎo)性與離子選擇性之間的制衡，開(kāi)發(fā)出高性能、低成本的傳導(dǎo)膜材料，并首次提出不含離子交換基團(tuán)的“離子篩分傳導(dǎo)”機(jī)理，成功破解了難題。
除此之外，提高電堆的工作密度也是該團(tuán)隊(duì)著重突破的一個(gè)核心。電堆就像電池的“心臟”，功能十分重要，往往牽一發(fā)而動(dòng)全身。初始階段，在電堆能量轉(zhuǎn)換效率不低于80%時(shí)，其工作電流密度僅有80毫安，難以滿(mǎn)足產(chǎn)業(yè)化的需要。
對(duì)此，研究團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)挖掘了電池內(nèi)反應(yīng)及傳遞過(guò)程中的每個(gè)細(xì)節(jié)，有效提高了電堆效率，成功研制出高功率密度電堆，為“心臟”輸送了“血液”。
解決了上述問(wèn)題，項(xiàng)目得以順利進(jìn)行。全釩液流電池具備安全性高、可靠性好、輸出功率和儲(chǔ)能容量規(guī)模大、壽命長(zhǎng)、性?xún)r(jià)比高、電解液可循環(huán)利用、對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)，為在儲(chǔ)能領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
隨著實(shí)驗(yàn)室到中試放大再到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，項(xiàng)目的發(fā)展也進(jìn)入“快車(chē)道”。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的調(diào)試，大連全釩液流電池儲(chǔ)能電站成功并網(wǎng)，這標(biāo)志著全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的成功。
該電站相當(dāng)于城市的“電力銀行”，在整個(gè)電力系統(tǒng)中起到“削峰填谷”的作用：在電網(wǎng)用電低谷時(shí)，利用風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電給電池充電，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存于電池中；在電網(wǎng)用電高峰時(shí)，將儲(chǔ)存于電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行放電。
“大連特殊的地形使得本地電網(wǎng)呈C形，存在缺口?！贝筮B恒流儲(chǔ)能電站有限公司總經(jīng)理宮繼禹告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“一旦遇到事故，會(huì)導(dǎo)致大規(guī)模停電，無(wú)法滿(mǎn)足城市應(yīng)急需要?！?
而儲(chǔ)能電站規(guī)劃在兩個(gè)電網(wǎng)之間恰好彌補(bǔ)了缺口，將其結(jié)構(gòu)由“C”轉(zhuǎn)“O”，補(bǔ)上了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上的最后一塊“拼圖”。極端環(huán)境下，儲(chǔ)能電站還可以作為黑啟動(dòng)電源，啟動(dòng)停機(jī)的發(fā)電機(jī)組，幫助電網(wǎng)恢復(fù)運(yùn)行。同時(shí)也可以作為備用電源，在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，為大連市區(qū)醫(yī)院、應(yīng)急救援等重要部門(mén)提供8小時(shí)左右的持續(xù)供電。
提及并網(wǎng)之后的安排，李先鋒表示，只有進(jìn)一步降低成本，提高電池的可靠性，后續(xù)才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣。
（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2022-10-12 第3版）
