中國儲能網(wǎng)訊：2021年由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務(wù)廳、長沙市人民政府、中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會聯(lián)合主辦，100余家機構(gòu)共同支持的湖南（長沙）電池博覽會暨首屆中國國際新型儲能技術(shù)及工程應(yīng)用大會在長沙圣爵菲斯大酒店召開。此次大會主題是“新儲能、新動力、新發(fā)展”。
會后，為了能讓參會代表有更深入的行業(yè)交流，小編經(jīng)過演講專家本人同意和審核，將演講專家的速記整理如下：
劉素琴：各位來賓，下午好！首先感謝主辦方給我這樣一個機會，站在這里，把我對儲能的一點比較粗淺的認識，跟大家做一個分享。我來自中南大學(xué)，叫劉素琴，我演講的題目就是“液流儲能應(yīng)用前景與技術(shù)經(jīng)濟淺析”。
為什么是淺析？我來自學(xué)校，對技術(shù)研究得深一些，但是經(jīng)濟方面理解得比較淺，希望在經(jīng)濟方面能夠跟大家共同學(xué)習(xí)。
我的匯報內(nèi)容主要是，下面幾個方面：
1、簡單的介紹一下液流電池特點與應(yīng)用場景
2、全釩液流電池技術(shù)經(jīng)濟現(xiàn)狀
3、全釩液流電池的經(jīng)濟性的提升策略，也是比較簡單的說一下。
4、最后給一個結(jié)論。
今天上午聽了很多大咖講鋰離子電池和燃料電池。液流，不管是全釩也好，還是其他的液流電池，雖然說做了好幾十年，但是目前還是一個比較小眾的東西。我先簡單介紹一下。
全釩液流基本的原理就是利用不同價態(tài)的釩，氧化還原反應(yīng)實現(xiàn)化學(xué)能和電能之間轉(zhuǎn)換。
整個電池系統(tǒng)和傳統(tǒng)的鋰離子電池不完全相同，和燃料電池有相似的地方。圖中間這塊藍色線條包圍的是電堆，電堆主要是一個電化學(xué)反應(yīng)的場所。兩邊我用紅的圈圈起來的，就是正極和負極的儲液罐，里面裝著電解質(zhì)。液流電池的電化學(xué)活性物質(zhì)是裝在兩個儲液罐里面的電解質(zhì)，讓它具有通過簡單地增加電解液的量，包括體積和容量，可以延長充放電時間。因此，這一類的電池特別適合于長時間的儲能，和鋰電池相比。如果我的儲能時間長，成本的下降比較明顯，相當于只要增加電解液，電解液多一些就可以把中間的這個電堆的成本分攤下去。
電堆，我在這里用藍線圈起來的這部分，主要是決定整個系統(tǒng)功率，從這里可以看出功率和容量可以靈活的調(diào)節(jié)，這是它的簡單特點。
液流電池，除了全釩，還有很多種不同的液流電池的類型，如硫鐵、鋅溴、多硫化鈉/溴等等，中和儲能正在做硫鐵液流電池。液流電池的基本原理是類似的。
由這個圖是張老師很早的時候畫的一個圖，我借用一下。從這里可以看到，其實我們的化學(xué)電源有很多種，但是各種不同的化學(xué)電源實用的場景是不相同的。
（圖）液流是綠色的，主要適合于兆瓦級到百兆瓦級的儲存，時間方面是多少個小時之內(nèi)的。如果是短時的，像秒或者是分鐘這類的話，就是左下角的這一類。從這里可以看到液流電池最大的特點，就是我們剛剛講了容量和功率單位是分離的，設(shè)計得比較靈活，實用性比較廣。我認為儲能發(fā)展稍稍沒有我們預(yù)想這么快的原因就是安全，液流這塊的安全性是很好的。從2014年開始有一些示范工程在做兆瓦級的，大概十兆瓦級的，到目前很安全，實驗室甚至有人做過直接去點火。我想了一下安全性高的原因是正負極都是電解也，如果有東西把隔膜刺破，如果你完全充滿電，也就是二價釩和五價釩之間的自身氧化還原反應(yīng)，在這里頭放熱不是很厲害，不至于會起火，所以這塊是特別安全的。二個是穩(wěn)定性挺高的，循環(huán)壽命長，均一性好，和其他的活性物質(zhì)在電極上面的全封閉的電池相比，它的均一性好，為什么？活性物質(zhì)是電解液，是液相的，整個液體在電堆里面反應(yīng)，均一性要比固態(tài)更容易調(diào)節(jié)均一性。這些特點就決定它既可以作為分散式的儲能，也可以做集中的大規(guī)模的儲能應(yīng)用。
應(yīng)用場景，前面也講了，我們可以看到從最小的太陽能屋的儲能，到稍微大一點的就是辦公建筑的儲能，到更大的像風(fēng)能發(fā)電儲能以及分布式發(fā)電和微電網(wǎng)，還有可再生能源的并網(wǎng)，以及電網(wǎng)“削峰填谷”，這個是比較實用的場景。
可能大家會有疑惑，既然液流電池這么好，好像大家的認知至少沒有鋰電池和燃料電池那么普及。我們做了鋰離子電池的對比，力量密度是低的，不如鋰離子電池，也決定了在電動車那一塊可能不能和鋰離子電池競爭，不太適用于這個。
但是它比較強的地方是長壽命，安全性是特別好，和其他的有一些電池，與更加便宜的電池相比，很適合與深充深放的。如果用于儲能對于響應(yīng)速度快，國家重點研發(fā)計劃里頭列了這個項目，我們也做了跟電網(wǎng)互相的響應(yīng)，到毫秒級，2個毫秒之內(nèi)，我們那個時候做的話是1.8個毫秒的響應(yīng)速度。所以響應(yīng)速度很快。
除此之外，對于使用后面的隱患是很少的，我們講其他的電池都面臨著回收的難題，對于全釩這塊它的回收電解液這塊全部都是釩，所以不需要很復(fù)雜的處理，只要過濾，不溶的雜質(zhì)去除，然后它們之間恢復(fù)起來也是很快的，這樣一些優(yōu)點。
和鋰電這塊相比，儲能用的鋰電多一點的困難就是成本相比。目前全釩初始投資相對比較高，大概是3600到3800元每千瓦時，都是因為含土建，所以給的價格稍微高一點，不像有的給出來鋰電池到0.3到0.4元，說2025年到1毛錢。這個是根據(jù)前面幾年的技術(shù)發(fā)展預(yù)算出來的價格，實際上還是有一些提升空間的。鋰電用于儲能主要是磷酸鐵鋰，我們也把磷酸鐵鋰算了一下放在這里，簡單的向大家展示出來。
目前最大的困難還是成本，也可以說是性價比。全釩液流電池經(jīng)濟性提升策略。
第一個是降低關(guān)鍵材料當中的最重要，占比最大的材料就是隔膜材料的成本，對于隔膜材料降成本，目前大家用的全釩液流電池，隔膜都是使用全氟防酸膜，它的價值占到40%以上。為了把它整個價格降下來，大家嘗試主要是在非氟或者是半氟化的隔膜，分子試劑以及改性，方方面面的工作。這里我們也做了一些工作，這里展示的是聚酰亞胺的膜，對它進行了改性。當然這一類膜，從圖里面可以看出來，水遷移以及釩離子的滲透率相對于全氟有比較大的改善。但是它的壽命這塊，或者是化學(xué)穩(wěn)定性這塊與全氟的沒有辦法達到那樣的情況。因此大家也還是進行了很多的隔膜嘗試，目前有一些公司在做這塊的隔膜，包括陰離子膜和陽離子膜。全氟是以陽離子為主做改性。
這個是我們自己做的一些工作，一些數(shù)據(jù)簡單的展示（圖），這還是屬于實驗室這類的，還沒有做產(chǎn)業(yè)化。
除了隔膜這塊，第二個策略，就是提升性能，降成本我們也要提性能，不能只管成本，不管性能。對于性能這塊除了隔膜，我們也在電解液的研發(fā)方面花了比較大的功夫。目前已經(jīng)示范做的電解液的濃度，我記得幾年前，2014年到2018年這期間，大家嘗試用的是1.5摩爾每升釩的溶液，現(xiàn)在有很多的公司可以直接提供1.7、1.8摩爾，很穩(wěn)定的釩的溶液，因為釩這塊有一些特點，正極隨著溫度升高，溶解度下降。負極隨著溫度降低，它的溶解度也是下降的，我們也開展了一些工作。
我們這里主要是針對高溫的情況下，就是50度以上的時候，高穩(wěn)定性的電解液的研究開展了一些工作，因為電解液作為活性物質(zhì)，它的溶度提升不光可以把儲液罐體積減少，更重要的是活性物質(zhì)濃度提升之后，整個反應(yīng)動力學(xué)上就會更快一些，整個性能的提升有比較大的效果。
除此之外，碳氈表面改性，電極表面的改性，原來算的成本大概是100毫安每平方厘米的電流密度充放這樣算出來的?，F(xiàn)在通過改性，得到了一些比較好的結(jié)果，原來實驗室最高也就是180到200，目前通過改性之后，至少是300毫安平方厘米的電流密度，雖然有比較稍微低一點的電壓效率，至少可以存放，原來是200毫安是瞬間的情況，如果把電密提升一倍，同樣大小的電堆，功率就提升了一倍。比如說20千瓦的堆，如果你的電流密度提升一倍的話，20千瓦變成了40千瓦的堆了，整個成本就會下降了很多。
我記得是嚴老師在這里也做了很多的工作，他們原來在電極這塊做了很多很好的工作。
除此之外，還對電堆的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，也是提升了整個性能很重要的一個方面，電堆的反應(yīng)，我們把結(jié)構(gòu)放出來，打開和燃料電池很像，這就牽涉到電極上面能夠利用的有效面積。所以這塊也是大家進行的一些工作。
對于電池管理系統(tǒng)，其實相對來說當然它也有一個SOC的管控，相對于鋰離子電池來講是要簡單很多，當然也還是會有一些工作在做，因為至少SOC，可能做鋰電池DMS很多，但是在全釩液流DMS針對它做的很小，也是跟市場的狀態(tài)相匹配。
總結(jié)：
鋰離子電池有很多的優(yōu)點，也是液流電池達不到的，它的市場有很大一塊是液流不能去搶占的，當然液流也有很大的市場，可能也不是其他的電池能夠彌補的，各自有各自比較合適的應(yīng)用場景。對于液流這塊，由于特點，我覺得應(yīng)該說是相對長時的儲能是比較好的，當然如果是更長時間的還有其他的液流電池可以去做補充。
針對全釩液流來講，目前最大的困難就是初始的投資比較高，但是它也有它的優(yōu)勢，就是后期的維護費用相對比較低，電解液回收容易，因為電解液在整個系統(tǒng)占到30%左右，所以它的殘值也還是比較高的，也會有它的一些應(yīng)用場景，最重要的是安全性很高，經(jīng)過市場的驗證。
我的匯報到這里結(jié)束，謝謝大家！
