1、關(guān)鍵材料
要弄清這一問題，首先要了解的是液流電池的組成。
一套完整的液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，主要由功率單元（電堆）、能量單元（電解液和電解液儲(chǔ)罐）、電解液輸送單元（管路、泵閥、傳感器等）、電池管理系統(tǒng)等部分組成，其中功率單元決定系統(tǒng)功率的大小，而能量單元決定系統(tǒng)儲(chǔ)能容量的大小，兩者相互獨(dú)立。
液流電池的生產(chǎn)制造涉及材料、工藝、化學(xué)工程、自動(dòng)化控制、電力電子技術(shù)等學(xué)科。一方面需要產(chǎn)業(yè)、技術(shù)、人才、資本等多方共同推進(jìn)，另一方面其早期發(fā)展階段離不開氫燃料電池或鋰電池的產(chǎn)品技術(shù)和制造經(jīng)驗(yàn)。其中，隔膜、雙極板、電解液等原材料的規(guī)模化產(chǎn)能配套及降本也至關(guān)重要。
▍隔膜
隔膜又稱離子交換膜，是釩電池的重要組件。其將正負(fù)電極、電解液隔離，防止電極接觸短路以及電解液的交叉污染，同時(shí)允許平衡離子自由穿過隔膜保持電池整體的電中性。
作為液流電池的關(guān)鍵材料之一，隔膜的滲透性、穩(wěn)定性和生產(chǎn)成本是影響液流電池商業(yè)化應(yīng)用的重要因素。
目前，根據(jù)含氟情況分類，離子交換膜主要包括全氟磺酸離子交換膜、部分氟化離子交換膜、非氟化離子交換膜、復(fù)合離子交換膜。全氟磺酸膜具有電導(dǎo)率較高、質(zhì)子傳導(dǎo)電阻小、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，是目前唯一商業(yè)化的離子交換膜類型，其他大部分處在實(shí)驗(yàn)室階段。
有數(shù)據(jù)預(yù)測，2025年釩電池拉動(dòng)的離子交換膜市場需求分別為152萬平方米（悲觀）和320萬平方米（樂觀），假設(shè)2025年離子交換膜單價(jià)降至2000元/m2，對應(yīng)離子交換膜市場規(guī)模分別為30.4億元和64億元。
因?yàn)楣に囯y和成本高，離子交換膜長期被海外廠商壟斷，量少且價(jià)高。龐大的市場對國內(nèi)離子交換膜廠商來說，既是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)。目前，以科潤新材料為代表的國內(nèi)廠商正在崛起，打破了制約液流電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的這一關(guān)鍵技術(shù)壁壘。
▍雙極板
雙極板是液流電池中的重要部件，用于實(shí)現(xiàn)多個(gè)電池的串聯(lián)與分隔、電池中產(chǎn)生電流的傳導(dǎo)，并且為液流電池中的反應(yīng)電極提供支撐。因此，理想的雙極板材料通常需要具備良好的導(dǎo)電性、電化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性和一定的機(jī)械強(qiáng)度等。
按組成材料分類，雙極板可以分為金屬、石墨、復(fù)合材料雙極板以及一體化電極-雙極板四種，各類型都有一定的優(yōu)缺點(diǎn)，且技術(shù)成熟程度各不相同。
石墨雙極板在電導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性方面有明顯的優(yōu)勢，但存在機(jī)械強(qiáng)度低易斷裂、可加工性差、制造成本高、難以大規(guī)模制備等問題。復(fù)合雙極板則既具有金屬機(jī)械強(qiáng)度高和易切削的優(yōu)點(diǎn)，也具有石墨耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，目前開始逐漸成為主流。一體化電極-雙極板則是將電極和雙極板進(jìn)行一體化，即將電極壓入石墨板中。在電池性能和裝配方面都具備突出的優(yōu)點(diǎn)，但制備工藝相對復(fù)雜，成本相對較高。
▍電解液
作為液流電池的核心材料，電解液直接影響液流電池能量單元的性能與成本。
作為電能的存儲(chǔ)介質(zhì)，電解液的體積和濃度決定了全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠儲(chǔ)存的最大能量；電解液的純度、穩(wěn)定性、適用溫度范圍等因素將對全釩液流電池的運(yùn)行效率和壽命造成較大影響。
以4小時(shí)儲(chǔ)能為例，釩電池儲(chǔ)能初始投資中，電解液與功率單元分別各占約50%。同時(shí)，充放電時(shí)長越長，電解液的成本占比越高。
▲全釩液流電池電解液制備工藝
目前釩電解液制備方法主要包括物理溶解法、化學(xué)還原法以及電解法三大類，其中規(guī)模化制備主要采用電解法。
理論儲(chǔ)存1kWh的電能，需要5.6kg V2O5，電解液的利用率為70%，則實(shí)際上儲(chǔ)存1kWh的電能大約需要8kg V2O5。
2、生產(chǎn)工序
在關(guān)鍵材料制備完成的條件下，組裝電堆，是液流電池生產(chǎn)流程的第一步。
首先，通過激光焊接將雙極板、隔膜各自通過激光焊接熔敷一體化實(shí)現(xiàn)密封效果，成為雙極板密封件、隔膜密封件。
激光焊接可以達(dá)到瞬時(shí)加熱、融化、固化，使整體板框不變形，焊接效率是傳統(tǒng)熱板、熱熔膠、鋪密封圈的5倍以上，激光焊接熱影響區(qū)域一般≤±1mm，可有效降低高溫對電解液帶來的性能影響。
因此，將激光焊接技術(shù)應(yīng)用于電堆集成，不僅提高了電堆的可靠性，同時(shí)提高了電堆裝配的自動(dòng)化程度，減少密封材料的使用，也降低了電堆的成本。
其后，再通過堆疊、緊固封裝，將密封后的雙極板密封件、隔膜密封件等部件，按照要求的數(shù)量和順序堆疊，壓緊密封后用螺栓緊固，這樣一來，電堆的組裝便完成了。
第二步是將緊固的電堆經(jīng)過測試儀器設(shè)備進(jìn)行氣密性測試，其中不合格的產(chǎn)品就回到激光焊接工序重新進(jìn)行密封，合格品則進(jìn)入下一道工序——對密封組裝好的單電堆進(jìn)行充放電性能測試。
需要注意的是，在液流電池充放電性能測試中，應(yīng)保證測試環(huán)境的穩(wěn)定、充放電截止一致、電解液狀態(tài)一致。
第三步，為電解液充裝。通過全自動(dòng)注液系統(tǒng)完成，先對電池堆抽真空形成負(fù)壓，再通過注液孔向電池堆內(nèi)自動(dòng)注液。整個(gè)過程應(yīng)在常溫、全密閉條件下進(jìn)行。
▲寰泰儲(chǔ)能的一條釩電池產(chǎn)線
最后是儲(chǔ)能系統(tǒng)的集成組裝——將多個(gè)成品電堆與鈑金框架、管路及配件、儲(chǔ)液罐、磁力泵、電控系統(tǒng)組裝成標(biāo)準(zhǔn)化單元儲(chǔ)能系統(tǒng)。
在整個(gè)生產(chǎn)過程中，需要用到的其他通用輔助設(shè)備有：冷卻水塔、廢氣凈化設(shè)備、空氣壓縮機(jī)、純水設(shè)備等。
掌握了液流電池的生產(chǎn)工序，組裝起一條生產(chǎn)線，就可以生產(chǎn)液流電池了。自動(dòng)化、智能化產(chǎn)線目前已經(jīng)成為新建液流電池產(chǎn)線的標(biāo)配，但即便建成了一條先進(jìn)的生產(chǎn)線，也不意味著就能夠生產(chǎn)出具有競爭力的產(chǎn)品。
在某業(yè)內(nèi)人士看來，在釩電池產(chǎn)品性能的最終呈現(xiàn)上，電堆的設(shè)計(jì)方案極為重要。“不同廠家買的原料可能一樣，但設(shè)計(jì)方案的不同，會(huì)導(dǎo)致電堆的性能效果有很大的差別?！彼硎?，包括電堆結(jié)構(gòu)、密封在內(nèi)的設(shè)計(jì)方案是電堆性能的重要影響因素。
