科普 | 储能领域新篇章——液流电池

液流电池的作用

能源是人类生存和发展的重要物质基础，是促进经济发展的重要因素。然而传统的化石能源消耗日益增长，能源储存逐渐枯竭。且在使用的过程中带来了严重的环境污染。发展可再生清洁能源成为重中之重。但是风能、太阳能等可再生能源固有的随机性、间歇性、波动性、直接并网难等特性，限制了可再生能源的发展利用。需要发展相应的储能技术实现可再生能源平稳输出，实现并网。液流电池是一种高安全、高性价比、高能效、长寿命的规模储能技术，可以在保证太阳能、风能和潮汐能等间歇性能源的储存的前提下，实现大规模的储能。也可以将电能从非高峰需求时段转换为高峰需求时段，从而维持用电的稳定平衡，增强电网的稳定性。

液流电池在电网中的作用

液流电池定义

液流电池通俗的定义为一种活性物质存在于液态电解质中的储能技术。液流电池主要由三部分组成，外部电解液储罐以及内部的电极和离子传导膜。电解液置于电堆外部的储罐中，在循环泵的推动下流经电堆，并发生电化学反应，从而实现化学能与电能的转换。

液流电池示意图

液流电池的特点

① 循环寿命长。液流电池活性物质电化学反应一般极化较小，可逆性高，也没有普通电池存放过程中的自放电问题，存储寿命长。

② 安全性高：液流电池一般采用的是水溶液体系，没有潜在的爆炸和燃烧的危险，安全性好。

③ 规模容量易调节：液流电池的容量密度只与电解质的体积浓度有关，功率密度只与电堆大小和数目有关，因此通过增加电堆的大小和数量，就可以增加输出功率；增加电解液的体积，就可以增加储能容量密度。

液流电池的分类：液流电池根据活性物质的不同可以分为全钒液流电池、多硫化钠/溴液流电池、锌/溴液流电池、锌/铁液流电池等。其中，市场占有率最高、商业化最成功的液流电池是全钒液流电池。锌/溴液流电池也已经开始进入市场，而其他液流电池则仍处于研究阶段。

250kW/1.5MWh铁-铬液流电池光储示范项目

液流电池发展前景

与新能源发电配合：目前风能、水能、太阳能等新能源发电具有很强的波动性和间歇性，因此需要动态储能系统加以调节。如果想发展大规模发电也需要相应的大规模的储能装置，因此液流电池特别适用。

发展新型动力汽车：液流电池充放电能力很强，可以进行大电流放电和深度放电，作为动力汽车的电池很方便实用，具有很广泛的应用前景。

发电或备用能源装置：海岛、偏远地区，如果建设常规电站或架设输电线路则造价太高，使用液流电池并配以太阳能、风能等发电装置，可保障这些地区的稳定电力供应。此外，发生突发情况导致停电时，也可以使用液流电池当作应急能源。

液流电池概念汽车

液流电池发展的挑战

离子交换膜：离子交换膜可以影响电池的自放电、寿命和单个电池的功率密度等，因此需要开发选择性高、导电率高、价格低、稳定性好的离子交换膜。

电解液制备技术：液流电池电解液密度普遍偏低，使得液流电池占地面积达。再加上电解液价格较高，成本占到总成本的近50%。目前由于电池成本下降，电解液成本所占比例更大了。因此需要开发高浓度、稳定、价格低的电解液制备技术。

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