中國儲能網(wǎng)訊：液流電池一種新型電化學(xué)儲能技術(shù)，是一種新型蓄電池，是一種利用某些元素（通常是金屬）氧化態(tài)的能量差來儲存或釋放能量的電化學(xué)轉(zhuǎn)換裝置。液流電池通過正、負(fù)極電解質(zhì)溶液活性物質(zhì)發(fā)生可逆氧化還原反應(yīng)（即價態(tài)的可逆變化）實現(xiàn)電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化。充電時，正極發(fā)生氧化反應(yīng)使活性物質(zhì)價態(tài)升高，負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)使活性物質(zhì)價態(tài)降低，放電過程與之相反。與一般固態(tài)電池不同的是，液流電池的正極和（或）負(fù)極電解質(zhì)溶液儲存于電池外部的儲罐中，通過泵和管路輸送到電池內(nèi)部進(jìn)行反應(yīng)。
液流電池具有容量高、使用領(lǐng)域（環(huán)境）廣、循環(huán)使用壽命長的特點，是一種新能源產(chǎn)品。液流電池最顯著特點是規(guī)?；铍?，在廣泛利用可再生能源的呼聲高漲形勢下，可以預(yù)見，液流電池將迎來一個快速發(fā)展的時期。液流電池。不同類別的液流電池具有不同的化學(xué)成分，包括最常用的釩，以及不太常用的鋅-溴、多硫化物-溴、鐵-鉻和鐵-鐵等。
1、 鐵鉻液流電池
鐵鉻液流電池是最早提出的液流電池技術(shù)。目前，鐵鉻液流電池還存在一些技術(shù)問題，如：
- 負(fù)極的析氫問題降低了電池的能效；
- 正負(fù)極交叉污染會降低電池容量和效率，導(dǎo)致所用離子傳導(dǎo)膜需要高選擇- 性，目前進(jìn)口全氟磺酸膜成本較高；
- 鉻的氧化還原性能較差，電池的最佳工作溫度較高。
2、全釩液流電池
全釩液流電池是目前商業(yè)化程度最高、技術(shù)最成熟的液流電池技術(shù)。具有能量效率高、循環(huán)壽命長、功率密度高等特點，適用于大中型儲能場景。但對于全釩液流電池而言，釩電解液成本約占電池成本的60%，大大提高了初期投資門檻。
3、鋅溴液流電池
鋅溴液流電池正極采用Br-/Br2電對，負(fù)極采用Zn2+/Zn電對。當(dāng)陰極充電時，Br-被氧化成Br2單質(zhì)，Br2單質(zhì)會與溶液中的有關(guān)物質(zhì)結(jié)合，沉降在電解液底部。因此，鋅溴液流電池是單沉積液流電池。鋅溴液流電池是除全釩液流電池外更成功商業(yè)化的液流電池技術(shù)。
在應(yīng)用方面，由于其模塊化設(shè)計優(yōu)良、成本低、安全性高等特點，早期鋅溴液流電池更多用于用戶側(cè)套利和提高供電穩(wěn)定性，使用規(guī)模較小。近年來，可再生能源的快速發(fā)展帶動了鋅溴液流電池在發(fā)電側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的大規(guī)模應(yīng)用。
4、鋅鐵液流電池
1981年提出了堿性鋅鐵液流電池，隨后提出了中性和酸性鋅鐵液流電池，但后兩者均未達(dá)到工程應(yīng)用水平。堿性鋅鐵液流電池具有較高的開路電壓，與多孔膜和多孔電極結(jié)合可以在高電流密度下長時間循環(huán)。酸性鋅鐵液流電池充分利用了鐵離子在酸性介質(zhì)中溶解度高、電化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點，但正極側(cè)受pH值影響較大。
中性鋅鐵液流電池以其無毒無害、環(huán)境溫和等特點逐漸受到關(guān)注。與多孔膜結(jié)合可以有效降低電池成本。無論何種鋅鐵液流電池，正極側(cè)都存在鋅枝晶，表面容量有限，這已成為鋅鐵液流電池產(chǎn)業(yè)化必須考慮的問題。
技術(shù)上，鋅鐵液流電池與其他沉積電池和鋅電池一樣，面臨著鋅枝晶與功率和容量不能完全脫鉤，負(fù)極表面容量低等問題。同時，鋅鐵液流電池作為一種較新型的液流電池，其離子導(dǎo)電膜等相關(guān)部件的產(chǎn)業(yè)鏈尚不成熟，極大地制約了其商業(yè)化推廣應(yīng)用。
5、鋅鎳單液流電池
鋅鎳單體液流電池結(jié)合了鋅鎳二次電池和液流電池的優(yōu)點。與鋅溴單液流電池的結(jié)構(gòu)類似，鋅鎳單液流電池正負(fù)極使用相同的電解液，不需要離子交換膜，結(jié)構(gòu)簡單。
在應(yīng)用方面，鋅鎳液流電池還處于商業(yè)示范階段。處于實驗室階段的鋅鎳液流電池綜合性能較好，也進(jìn)行了初步的應(yīng)用示范。但由于鎳價快速上漲，鋅鎳單液流電池的價格競爭力迅速減弱，技術(shù)開發(fā)和部署處于相對停滯階段。
在技術(shù)層面，對于電池的短路以及鋅枝晶和積累導(dǎo)致的電池壽命的降低還有待進(jìn)一步研究。鋅鎳單液流電池正負(fù)極面積容量低，功率和容量不能完全脫鉤，電池正極需要高成本的燒結(jié)鎳來保證長壽命的問題有待解決。
6、全鐵液流電池
與釩相比，鐵的效用更高，成本更低。全鐵液流電池分為酸性和堿性體系，酸性全鐵液流電池商業(yè)化發(fā)展相對成熟。
全鐵液流電池的技術(shù)問題主要在于與鐵鉻液流電池相似的負(fù)極析氫反應(yīng)以及需要抑制氫氧化鐵析出物的形成。
這些問題會大大降低電池的運行效率，降低電池容量，并有堵塞離子導(dǎo)電膜的風(fēng)險。國內(nèi)關(guān)于該液流電池體系的研究和商業(yè)化開發(fā)的報道較少。
7、高性能鋅基液流電池
此外，2022年，基于對碘的氧化還原反應(yīng)機理的深入理解，研究人員提出了基于聚碘絡(luò)合物的碘正極溶液。有效釋放了碘正極的容量，實現(xiàn)了鋅碘液流電池的高能長循環(huán)運行。
改進(jìn)后的鋅碘液流電池放電容量顯著提升58%，能以70%的能量效率穩(wěn)定循環(huán)600次，為高性能鋅碘液流電池的發(fā)展提供了新途徑.
8、鋅空氣液流電池
鋅空氣液流電池在充電過程中，陰極發(fā)生析氧反應(yīng)，鋅離子以金屬鋅的形式沉積在金屬陽極上。在放電過程中，陰極發(fā)生氧還原反應(yīng)，陽極上的鋅溶解并以鋅離子的狀態(tài)儲存在電解液中。
從技術(shù)上講，鋅空氣液流電池與大多數(shù)其他鋅液流電池一樣，也面臨著鋅枝晶的問題。同時也面臨著電流密度低，析氧和氧還原雙效催化劑開發(fā)不完全等問題。
結(jié)論
長期來看，全釩液流電池將在儲能方向替代鋰電池。全釩液流電池是目前應(yīng)用最廣泛的液流電池技術(shù)，具有適合大規(guī)模儲能、能量轉(zhuǎn)換效率高、循環(huán)壽命長、充電方便等優(yōu)點。而且電池系統(tǒng)的功率和容量相互獨立，適用于大規(guī)模儲能場景。同時，全釩液流電池充放電性能好，能量轉(zhuǎn)換效率高。從下游應(yīng)用場景來看，液流電池的價值主要應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)峰、應(yīng)急發(fā)電裝置、電動汽車電源等領(lǐng)域。
在政策層面，隨著我國雙碳目標(biāo)的確立，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整不斷加快，新能源發(fā)電裝機容量不斷增加，儲能需求也隨之快速增加。國家陸續(xù)出臺了一系列鼓勵新型儲能技術(shù)發(fā)展的政策，這將極大推動全釩液流電池在儲能領(lǐng)域的快速發(fā)展。
