什么是液流電池？

液流電池是由Thaller于1974年提出的一種電化學儲能技術，是一種新的蓄電池。液流電池由電堆單元、電解液、電解液存儲供給單元以及管理控制單元等部分構成，是利用正負極電解液分開，各自循環(huán)的一種高性能蓄電池，具有容量高、使用領域（環(huán)境）廣、循環(huán)使用壽命長的特點，是一種新能源產品。

液流電池主要由三部分組成，外部電解液儲罐以及內部的電極和離子傳導膜。電解液置于電堆外部的儲罐中，在循環(huán)泵的推動下流經電堆，并發(fā)生電化學反應，從而實現化學能與電能的轉換。

液流電池示意圖

液流電池工作原理

液流電池作為電化學儲能技術之一，最早由L.H.Thaller在1974年提出。該電池技術將陰陽極電解液分別通過管路推入電堆中，通過活性元素的價態(tài)變化，在電能和化學能之間產生轉換來實現充放電。與其他傳統(tǒng)離子蓄電池不同的地方是，液流電池屬于一種活性化學物質，儲存在液態(tài)化電解液中的二次儲能電池處理技術，不僅電池結構上存在差異，而且正、負極電解液中是儲存能量的。

液流電池工作原理圖

液流電池電堆中的單元電池通常由緊固件、端板、集流板、電極框、雙極板、電極和離子傳導膜組成，電堆則是由若干個單元電池串聯起來通過壓濾機的疊合方式裝配而成。

液流電池電堆

液流電池的分類

按照電解質不同形態(tài)，液流電池可分為四類：水系液流電池、非水系液流電池、混合液流電池和半固態(tài)液流電池。其中水系液流電池已經取得了一定進步，最具代表性的是目前發(fā)展較為完善的全釩液流電池和鐵/鉻液流電池。

水系液流電池：在這種類型的液流電池中，氧化還原活性物質溶解在水溶液里。由于水系液流電池受到水分解的影響，其工作電位窗口一般較窄（小于2V），因此其電壓很難達到2V。水系液流電池的研究歷史較長，世界范圍內有許多大型示范性電池系統(tǒng)，包括鐵/鉻液流電池、全釩液流電池、溴/多硫化物液流電池以及溴/醌液流電池等。

非水系液流電池：由于水系液流電池的電壓限制，非水系液流電池在最近幾年得到了廣泛研究。這類電池利用非水溶劑，如乙腈，作為溶劑，可以達到較高的電壓，如2.60V。非水系液流電池的研究在最近幾年取得了顯著進展，特別是在過去5年間，許多有機金屬配合物被用作活性物質。

混合液流電池：這類電池結合了水系和非水系的特性，以適應特定的應用需求。混合液流電池的設計旨在平衡性能、成本和實用性，以滿足不同領域的需求。

半固態(tài)流體電池：作為一種新型的液流電池類型，它具有獨特的物理和化學性質，可能在特定的應用場景中展現出優(yōu)勢。半固態(tài)流體電池的研究相對較少，但其潛力和應用正在被探索中。

根據反應活性物質分可分為：全釩液流電池、鐵鉻液流電池、鋅溴液流電池、全鐵液流電池、多硫化鈉溴液流電池等。

全釩液流電池是液流電池中成熟度最高、商業(yè)化進程最快的類型。它具有高性能蓄電池的特點，如容量高、使用領域廣、循環(huán)使用壽命長等。

鐵鉻液流電池是另一種常見的液流電池類型，它與全釩液流電池一樣，具有安全可靠、壽命長、環(huán)境友好等優(yōu)勢，成為規(guī)模儲能的首選技術之一。

鋅溴液流電池以其獨特的性能，如可重復進行100%深度放電，適用于大型儲能系統(tǒng)，也是液流電池技術中的重要分支。

全鐵液流電池則是另一種類型的液流電池，盡管具體信息較少，但它與其他類型的液流電池一樣，具有高性能蓄電池的特點，是新能源產品的一種。

液流電池各技術路線對比

經過技術迭代，目前全釩液流電池和鋅溴液流電池發(fā)展速度較快，主要源于其正負極電解液不存在交叉污染問題。其中全釩液流電池正在逐步實現商業(yè)化，其發(fā)展已經進入工程應用和商業(yè)擴張階段；鋅溴液流電池也進入應用示范階段，而其他類別液流電池現階段應用案例仍然較少。

液流電池的優(yōu)勢

在眾多儲能電池中，液流電池是一種越來越受到人們關注的新型儲能系統(tǒng)，被廣泛研究認為是現階段發(fā)展前景最大的儲能技術之一。相比于其他儲能系統(tǒng)，液流儲能電池具有更多在技術上的優(yōu)勢。主要有以下優(yōu)點：

極安全：不燃不爆，適應各種工作環(huán)境

經濟性：全生命周期的度電成本友好

服務壽命長：萬次以上的充放電循環(huán)

靈活性：極易部署，按需配置，在線升級

大容量：輕松滿足兆瓦級電力應用場景

液流電池發(fā)展歷程

液流電池的演化歷程可以分為三個階段：1971-1988的實驗室階段，1988-2001的工業(yè)化研發(fā)期，2001年至今的商業(yè)化發(fā)展期。

液流電池生產工藝

生產液流電池的工藝流程主要包括以下幾個步驟:

1.原材料的選擇與處理

液流電池的生產首先需要選擇合適的正負極材料、電解液以及隔膜等關鍵原材料。正負極材料通常需要具有較高的電化學活性、穩(wěn)定性和導電性。電解液要求具有良好的離子傳輸性能和穩(wěn)定的化學性質。隔膜則需要具備足夠的機械強度和離子傳輸性能。對這些原材料進行處理，如干燥、研磨等，以滿足后續(xù)生產工藝的要求。

2.電解液的配制

根據設計要求，將電解液成分按比例混合，攪拌均勻，確保電解液的性能穩(wěn)定。電解液的配制需要在無水無氧的環(huán)境中進行，避免水分和氧氣對電解液性能的影響。

3.電極片的制備

將處理好的正負極材料分別涂覆在金屬集流體(如鋁箔、銅箔等)上，形成電極片。涂夏過程可以通過滾涂、刷涂、噴涂等方法進行。為了保證電極片的性能，需要控制涂的厚度、均性等參數。

4.電極片的干燥與固化

涂夏后的電極片需要進行干燥與固化處理，以去除溶劑和多余的電解液，使電極材料牢固地附著在集流體上。干燥與固化過程可以在烘箱中進行，溫度和時間的控制非常重要，以防止電極材料燒結或損壞

5.隔膜的制備與組裝

將處理好的隔膜與金屬集流體進行組裝，形成電池單元。隔膜的組裝需要確保其與集流體的良好接觸，以保證電池內離子傳輸的效率。

6.電池模塊的組裝

將多個電池單元串聯或并聯，形成電池模塊。電池模塊的組裝需要考慮電池的容量、電壓、內阻等參數，以滿足特走應用需求。

7.電池系統(tǒng)的組裝

將電池模塊與電池管理系統(tǒng)(BMS)等其他部件組裝在一起，形成完整的液流電池系統(tǒng)。電池系統(tǒng)的設計需要考慮安全、穩(wěn)走、可靠等因素。

8.性能測試與檢驗

對完成的液流電池系統(tǒng)進行性能測試，如充放電測試、循環(huán)壽命測試、安全性測試等。測試結果用于評估電池系統(tǒng)的性能是否達到設計要求。

9.封裝與包裝

根據市場需求，對液流電池系統(tǒng)進行封裝與包裝。封裝方式可以采用金屬殼體、塑料殼體等，以保護電池系統(tǒng)免受外部環(huán)境的影響。

液流電池產業(yè)鏈

液流電池在國內起步較晚，生產廠家有限，目前仍處于產業(yè)化發(fā)展初期，仍有待于解決技術難題和完善產業(yè)鏈。全釩液流電池作為目前液流電池行業(yè)中成熟度相對領先的技術路線，其產業(yè)鏈圖如下所示。上游主要包括五氧化二釩、雙極板、離子交換膜、電極、碳氈等，相關公司為釩鈦股份、河鋼股份等。中游包括電解液、電堆、循環(huán)模塊、控制系統(tǒng)等，主要相關公司為湖南銀峰、北京普能、大連融科等。下游主要應用場景涉及電網側、用戶側、發(fā)電側、新能源配套等領域。

液流電池相關公司

1、釩鈦股份

公司擁有以五氧化二釩、高釩鐵、釩氮合金、釩鋁合金、釩電解液等為代表的釩系列產品，以鈦白粉、鈦渣等為代表的鈦系列產品，具備年經營鈦精礦175萬噸和年產釩制品4.42萬噸、鈦白粉30萬噸、鈦渣24萬噸的綜合生產能力，是世界主要的釩制品供應商，中國主要的鈦原料供應商，中國重要的鈦渣生產企業(yè)，中國重要的硫酸法、氯化法鈦白粉生產企業(yè)。公司產品廣泛應用于鋼鐵工業(yè)、電子工業(yè)、有色金屬及涂料油墨等領域，暢銷國內外市場。

2、北京普能

作為全釩液流電池領域的技術領導者，普能公司在高性能離子交換膜技術、長壽命電解液配方、高性能雙極板、創(chuàng)新電堆內部流場設計、無o圈密封電堆生產制造獨家技術等具有成本優(yōu)勢。公司開發(fā)的第三代兆瓦級全釩液流電池儲能系統(tǒng)Gen 3 VRB MW-ESS的核心部件電堆可實現最大功率75kW，超出“十四五”國家重點研發(fā)計劃重點專項要求，已率先完成中國電力科學研究院第三方檢測，并順利通過UL 1973標準規(guī)定的各項安全測試，獲得CSA頒發(fā)的ANSI/CAN/UL 1973認證證書。同時，公司的第三代儲能系統(tǒng)也獲得了CSA頒發(fā)的ANSI/CAN/UL 1973認證證書，這對北京普能向用戶提供穩(wěn)定、可靠、安全的兆瓦級產品打下了一個堅實的基礎，提供了有力的保障。

3、緯景儲能

成立于2018年，是一家以高科技驅動的液流電池研發(fā)和智能制造公司，致力于新型儲能技術的研發(fā)和儲能電池的智能制造，其核心產品鋅鐵液流電池具備本征安全、超低度電成本、可長時儲能等優(yōu)勢。

4、液流儲能

液流儲能科技有限公司，是全球領先的液流電池儲能系統(tǒng)解決方案提供商。公司始終專注于液流電池關鍵核心技術研發(fā)，為電網側、發(fā)電側、用戶側客戶提供安全、長時、耐用、綠色的一站式新型儲能解決方案;主營業(yè)務涵蓋液流電池儲能系統(tǒng)，儲能電站設計、建設與運維，系統(tǒng)回收及融資租賃等。目前，公司投資建設的多個兆瓦級項目已經順利運行。作為全球液流儲能技術領跑者，波流儲能是國內唯一同時掌握全釩和鐵鉻兩大液流電池關鍵技術的企業(yè);在美國硅谷、中國濰坊等地設立研發(fā)中心，已獲得數十項核心發(fā)明專利:在山東、內蒙古、新疆、青海、甘肅、河北等地，構建起集電堆、電解液和系統(tǒng)集成為一體的全產業(yè)鏈布局;已與中國電氣裝備集團、山東?；?、亞星化學等中央企業(yè)和上市公司建立牢固的戰(zhàn)略合作關系。

液流電池發(fā)展前景

與新能源發(fā)電配合：目前風能、水能、太陽能等新能源發(fā)電具有很強的波動性和間歇性，因此需要動態(tài)儲能系統(tǒng)加以調節(jié)。如果想發(fā)展大規(guī)模發(fā)電也需要相應的大規(guī)模的儲能裝置，因此液流電池特別適用。

發(fā)展新型動力汽車：液流電池充放電能力很強，可以進行大電流放電和深度放電，作為動力汽車的電池很方便實用，具有很廣泛的應用前景。

發(fā)電或備用能源裝置：海島、偏遠地區(qū)，如果建設常規(guī)電站或架設輸電線路則造價太高，使用液流電池并配以太陽能、風能等發(fā)電裝置，可保障這些地區(qū)的穩(wěn)定電力供應。此外，發(fā)生突發(fā)情況導致停電時，也可以使用液流電池當作應急能源。

參考資料：

生產液流電池的工藝流程、百度文庫

來源：百度百科、緯景儲能、長城證券、儲能科學與技術、材料人、網絡等