中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，大連化物所儲(chǔ)能技術(shù)研究部（DNL17）李先鋒研究員團(tuán)隊(duì)開發(fā)出70kW級(jí)高功率密度全釩液流電池單體電堆。該單體電堆體積功率密度由目前的70kW/m3提高至130kW/m3，在體積保持不變的條件下，功率由30kW提高至70kW，成本較目前的30kW級(jí)電堆降低40%，有望助推全釩液流電池的商業(yè)化進(jìn)程。
全釩液流電池因其安全性高、壽命長、效率高、環(huán)境友好等特點(diǎn)，是大規(guī)模儲(chǔ)能的首選技術(shù)之一。目前由于全釩液流電池初始投入較高，限制了其進(jìn)一步普及應(yīng)用。電堆是全釩液流電池系統(tǒng)主要核心部件，其功率密度決定了電堆成本。功率密度越高，相同輸出功率條件下，電堆體積越小，成本越低。
本工作中，李先鋒團(tuán)隊(duì)采用自主開發(fā)的新一代高選擇性可焊接多孔復(fù)合膜和可焊接高導(dǎo)電雙極板，利用其可焊接特性，開發(fā)出短流程、超薄電池結(jié)構(gòu)，并結(jié)合低流阻、高均勻分配流道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研制出70kW級(jí)電堆。經(jīng)測(cè)試，該電堆在70kW額定功率充放電條件下的能量效率為81.0%；在60kW恒功率充放電條件下能量效率為82.1%。此外，該電堆連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行1200多個(gè)循環(huán)后，能量效率衰減率僅為1.7%。使用該電堆，可將一個(gè)20尺的250kW儲(chǔ)能單元模塊升級(jí)為500kW儲(chǔ)能單元模塊，不僅功率單元體積大幅減小，更降低了系統(tǒng)配套設(shè)施的成本。該電堆的開發(fā)提升了儲(chǔ)能系統(tǒng)功率單元的集成度，有望大幅提升儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。
近年來，基于團(tuán)隊(duì)技術(shù)支撐在國內(nèi)外先后實(shí)施了包括全球最大的100MW/400MWh大連全釩液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站國家示范項(xiàng)目在內(nèi)的20余項(xiàng)商業(yè)化應(yīng)用示范項(xiàng)目。并積極開展產(chǎn)業(yè)化推廣，相繼在國內(nèi)外技術(shù)許可開封時(shí)代新能源、新興鑄管、比利時(shí)EcoSourcen等國內(nèi)外多家企業(yè)，推動(dòng)了液流電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，為我國新型電力系統(tǒng)的建設(shè)提供了重要的關(guān)鍵技術(shù)支撐。
全釩液流電池四大特征
全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由電堆、電解質(zhì)溶液、管路系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、能量變換系統(tǒng)等組成。其中電堆起到了至關(guān)重要的作用，提高電堆功率密度、降低電堆成本將進(jìn)一步加速全釩液流電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。新一代全釩液流電池電堆的成功研發(fā)，將大幅度降低全釩液流電池系統(tǒng)的成本，推動(dòng)全釩液流電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
安全性最高：從元素性質(zhì)出發(fā)，釩元素相對(duì)于鋰元素金屬性不活潑，更安全。從運(yùn)作原理看，釩液流電池電解液與電堆相分離，即反應(yīng)場(chǎng)所和活性物質(zhì)的儲(chǔ)存場(chǎng)所是分開的，不會(huì)發(fā)生熱失控、過熱、燃燒和爆炸。安全性相對(duì)較強(qiáng)，可以滿足對(duì)于儲(chǔ)能的需求。
儲(chǔ)能時(shí)間越長，成本越低：釩電池初始投入高，長時(shí)儲(chǔ)能成本初具優(yōu)勢(shì)釩電池初始投入高于其他儲(chǔ)能方式，若按照儲(chǔ)能2小時(shí)計(jì)算，度電成本約2元/千瓦時(shí)，4小時(shí)度電成本約1.4元/千瓦時(shí)。釩電池儲(chǔ)能時(shí)間越長，成本越低。
市場(chǎng)空間廣闊、資本開支空間大：根據(jù)國際機(jī)構(gòu)Guidehouse Insights 預(yù)計(jì)，到2031年釩液流電池全球容量將超30GWh，市場(chǎng)空間廣闊。以大連融科入圍中核匯能共1GWh的全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)集中采購，投標(biāo)單價(jià)約為2.65元/Wh這一案例為例，1GWh的釩電池液流電池需要25億元左右的初始資本開支，即釩電池2031年資本開支或?qū)⒊?50億。
對(duì)釩金屬需求影響：放眼全球，釩金屬資源量中國占比43%。中國在釩資源上具有較大話語權(quán)，面對(duì)全球產(chǎn)業(yè)鏈不穩(wěn)定的情況下仍能保持國內(nèi)產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定。按照1GW 釩電池大約需要使用1萬噸的五氧化二釩來估算，到2025 年，國內(nèi)釩電池將用2.64 萬噸五氧化二釩，占我國釩產(chǎn)量的15%左右。隨著釩電池裝機(jī)量不斷增大，釩將有望轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉唇饘佟?
目前，全球能源發(fā)展正處于從高碳到低碳再到無碳的關(guān)鍵過渡期，實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)，尤其需要全新的發(fā)電方式。在我國，以風(fēng)能、太陽能為代表的新能源儲(chǔ)量豐富，然而有風(fēng)則動(dòng)、無風(fēng)則止的風(fēng)能，以及晝夜交替發(fā)電隨起隨停的太陽能，其發(fā)電具有間歇性和波動(dòng)性。大規(guī)模接入電網(wǎng)后，要求電力系統(tǒng)必須具備特定的響應(yīng)能力，才能保證可再生能源供電甚至整個(gè)電網(wǎng)的安全性。處在從新能源發(fā)電到用電的中間關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以全釩液流電池為代表的儲(chǔ)能技術(shù)，成為目前世界上最成熟、最流行的一個(gè)選擇。
