中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在眾多儲(chǔ)能技術(shù)中，鋰離子電池技術(shù)受關(guān)注度最高，不過在大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用上，它正面臨液流電池的挑戰(zhàn)。來看本文整理能豆君與國家能源液流電池儲(chǔ)能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任張華民教授的交流干貨，深扒液流電池技術(shù)的特點(diǎn)與發(fā)展前景。
鋰離子電池是這幾年儲(chǔ)能界的香餑餑。據(jù)中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年儲(chǔ)能技術(shù)新增裝機(jī)中，鋰離子電池占比最大達(dá)74%。特斯拉的超級(jí)電池工廠選擇的就是鋰離子電池技術(shù)進(jìn)行研發(fā)和生產(chǎn)，他們還針對(duì)小型儲(chǔ)能市場(chǎng)推出了Powerwall，廣受市場(chǎng)歡迎。但其實(shí)，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?chǔ)能技術(shù)的要求不同，各種儲(chǔ)能技術(shù)都有其適宜的應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)應(yīng)對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用時(shí)，鋰離子電池就遇到了對(duì)手。據(jù)外媒報(bào)道，美國能源部正在支持美國UniEnergy Technologies公司執(zhí)行一個(gè)新型液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目，目標(biāo)就是在項(xiàng)目達(dá)到大規(guī)模和電網(wǎng)一體化時(shí)，能夠?qū)⒁毫麟姵睾吞厮估姵貫橹鞯匿囯x子電池進(jìn)行比較和對(duì)照。
一般說起儲(chǔ)能技術(shù)，大家都會(huì)覺日本、美國最牛，可是在液流電池領(lǐng)域，中國可以說是全球No.1。目前，全球最大規(guī)模的全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)就是由中國企業(yè)開發(fā)，而且國際上液流電池標(biāo)準(zhǔn)體系也是由中國科學(xué)家組織研究制定。能豆君拜訪了該標(biāo)準(zhǔn)體系制定的負(fù)責(zé)人、同時(shí)也是全球最大規(guī)模全釩液流電池系統(tǒng)項(xiàng)目總工程師張華民教授。
今天能豆君先帶大家提前科普一下什么是液流電池，看看為什么大規(guī)模儲(chǔ)能的未來在這里。
液流電池ABC
1、什么是液流電池？
液流電池，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(dòng)下流經(jīng)電堆，并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)與釋放。
2、液流電池有什么特點(diǎn)？
①儲(chǔ)能容量易調(diào)節(jié)規(guī)模。電池的輸出功率取決于電堆的大小和數(shù)量，儲(chǔ)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(jì)非常靈活：只要增加電堆的面積和電堆的數(shù)量，就可以增加輸出功率；只要增加電解液的體積，就可以增加儲(chǔ)能容量。
②液流電池選址自由度大。系統(tǒng)可全自動(dòng)封閉運(yùn)行，無污染，維護(hù)簡單，操作成本低。
③安全性高。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(xiǎn)，安全性高。
3、液流電池的類型
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。發(fā)展至今，世界范圍內(nèi)液流電池總裝機(jī)量約68MW，其中全釩液流電池占40%。從目前技術(shù)成熟度和工程應(yīng)用效果看，全釩液流電池技術(shù)進(jìn)入工程應(yīng)用、市場(chǎng)開拓階段，開始實(shí)現(xiàn)商業(yè)化；鋅溴液流電池技術(shù)進(jìn)入應(yīng)用示范、市場(chǎng)開拓階段；其他液流電池仍處于研究階段。
全釩液流儲(chǔ)能電池正極電對(duì)為VO2+/VO2+，負(fù)極電對(duì)為V2+/V3+，電極發(fā)生如下電化學(xué)反應(yīng)：
4、全釩液流電池技術(shù)特點(diǎn)
①循環(huán)壽命長：全釩液流儲(chǔ)能電池的充放電循環(huán)壽命可達(dá)13，000次以上，日歷壽命超過15年。
②充放電特性良好：全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有快速、深度充放電而不會(huì)影響電池的使用壽命的特點(diǎn)，且各單節(jié)電池均一性良好。另外，釩離子的電化學(xué)可逆性高，電化學(xué)極化也小，因而非常適合大電流快速充放電。
③功率和容量獨(dú)立設(shè)計(jì)：全釩液流電池的功率由電堆的規(guī)格和數(shù)量決定，容量由電解液的濃度和體積決定。因此，功率的擴(kuò)容可通過增大電堆功率和增加電堆數(shù)量實(shí)現(xiàn)，容量的提高可以通過增加電解液體積實(shí)現(xiàn)。
④安全、環(huán)保：全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是在常溫、常壓條件下工作，這不但延長了電池部件的使用壽命，并且表現(xiàn)出非常好的安全性能。另外電解質(zhì)溶液可循環(huán)使用和再生利用，環(huán)境友好，節(jié)約資源。電池部件多為廉價(jià)的碳材料、工程塑料，使用壽命長，材料來源豐富，加工技術(shù)成熟，易于回收。
總體看，全釩液流電池在輸出功率為數(shù)百千瓦至數(shù)百兆瓦，儲(chǔ)能容量為數(shù)百千瓦時(shí)至數(shù)百兆瓦數(shù)時(shí)以上級(jí)的規(guī)?；潭▋?chǔ)能場(chǎng)合，液流電池儲(chǔ)能具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是大規(guī)模高效儲(chǔ)能技術(shù)的首選技術(shù)之一。
5、全釩液流電池面臨的挑戰(zhàn)有哪些？
①離子交換膜技術(shù)。離子交換膜可以影響正、負(fù)極電解質(zhì)之間的離子相互滲透率，從而影響液流電池的能量效率和電池的壽命，需要研究開發(fā)高選擇性、高導(dǎo)電性的液流電池用離子交換膜。
②高濃度和高穩(wěn)定性的電解液制備技術(shù)。此前電解液成本占到總成本的近50%。目前由于電池成本下降，電解液成本所占比例更大了。
③能量密度偏低、體積較大。電池系統(tǒng)需要配置大量的管路、閥件、電解液循環(huán)泵、換熱器等輔助部件，使液流電池更為復(fù)雜，對(duì)電池系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。
6、液流電池發(fā)展現(xiàn)狀&前景怎么樣？
全釩液流電池適用于調(diào)峰電源系統(tǒng)、大規(guī)模光伏電源系統(tǒng)、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能以及不間斷電源或應(yīng)急電源系統(tǒng)。
全球范圍內(nèi)全釩液流電池生產(chǎn)企業(yè)主要包括：日本的住友電工公司、大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司（下稱：融科儲(chǔ)能公司）、美國UniEnergyTechnologies公司和奧地利Gildemeister公司。
日本住友電工公司早在上世紀(jì)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(yīng)用技術(shù)，但其關(guān)鍵功能性材料和部件依賴外購，成本偏高。美國UniEnergyTechnologies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(dān)建造了美國首個(gè)兆瓦時(shí)級(jí)全釩液流電池儲(chǔ)能電站。Gildemeister公司從2002年開始研發(fā)全釩液流儲(chǔ)能電池，產(chǎn)品主要與太陽能光伏電池配套，用于偏遠(yuǎn)地區(qū)供電、電動(dòng)車充電站等領(lǐng)域。
我國全釩液流儲(chǔ)能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展處于世界領(lǐng)先水平。目前，融科儲(chǔ)能公司累計(jì)實(shí)現(xiàn)全釩液流電池裝機(jī)容量超過12MW，占世界總裝機(jī)量的40%。2013年，融科儲(chǔ)能公司與大連化物所聯(lián)合研制的全球最大規(guī)模的5MW/10MWh全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成功通過業(yè)主的驗(yàn)收，這是目前世界上第一套實(shí)際并網(wǎng)運(yùn)行的5MW級(jí)大型工業(yè)儲(chǔ)能裝置，各項(xiàng)指標(biāo)都處于國際領(lǐng)先水平。
國電龍?jiān)磁P牛石風(fēng)電場(chǎng)外景
這里實(shí)施了世界最大規(guī)模的5兆瓦/10兆瓦時(shí)全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)
2014年，融科儲(chǔ)能公司與德國博世集團(tuán)（BOSCH）合作，在德國北部風(fēng)場(chǎng)建造了250kW/1MWh全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。該系統(tǒng)是目前歐洲最大規(guī)模的全釩液流電池系統(tǒng)，產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性受到海外客戶的高度評(píng)價(jià)。融科儲(chǔ)能公司還與美國UniEnergyTechnologies公司合作，建造了美國首座兆瓦級(jí)全釩液流儲(chǔ)能電池電站。
