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)儲能容量的大小，兩者相互獨立。
液流電池的生產(chǎn)制造涉及材料、工藝、化學工程、自動化控制、電力電子技術(shù)等學科。一方面需要產(chǎn)業(yè)、技術(shù)、人才、資本等多方共同推進，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。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、復合離子交換膜。全氟磺酸膜具有電導率較高、質(zhì)子傳導電阻小、機械強度高等優(yōu)點，是目前唯一商業(yè)化的離子交換膜類型，其他大部分處在實驗室階段。
有數(shù)據(jù)預測，2025年釩電池拉動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年離子交換膜單價降至2000元/m2，對應離子交換膜市場規(guī)模分別為30.4億元和64億元。
因為工藝難和成本高，離子交換膜長期被海外廠商壟斷，量少且價高。龐大的市場對國內(nèi)離子交換膜廠商來說，既是機遇，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，用于實現(xiàn)多個電池的串聯(lián)與分隔、電池中產(chǎn)生電流的傳導，并且為液流電池中的反應電極提供支撐。因此，理想的雙極板材料通常需要具備良好的導電性、電化學穩(wěn)定性、耐腐蝕性和一定的機械強度等。
按組成材料分類，雙極板可以分為金屬、石墨、復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，且技術(shù)成熟程度各不相同。
石墨雙極板在電導率和化學穩(wěn)定性方面有明顯的優(yōu)勢，但存在機械強度低易斷裂、可加工性差、制造成本高、難以大規(guī)模制備等問題。復合雙極板則既具有金屬機械強度高和易切削的優(yōu)點，也具有石墨耐腐蝕的優(yōu)點，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，但制備工藝相對復雜，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。
作為電能的存儲介質(zhì)，電解液的體積和濃度決定了全釩液流電池儲能系統(tǒng)能夠儲存的最大能量；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行效率和壽命造成較大影響。
以4小時儲能為例，釩電池儲能初始投資中，電解液與功率單元分別各占約50%。同時，充放電時長越長，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、化學還原法以及電解法三大類，其中規(guī)?；苽渲饕捎秒娊夥?。
理論儲存1kWh的電能，需要5.6kg V2O5，電解液的利用率為70%，則實際上儲存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。
激光焊接可以達到瞬時加熱、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)應用于電堆集成，不僅提高了電堆的可靠性，同時提高了電堆裝配的自動化程度，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行密封，合格品則進入下一道工序——對密封組裝好的單電堆進行充放電性能測試。
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。通過全自動注液系統(tǒng)完成，先對電池堆抽真空形成負壓，再通過注液孔向電池堆內(nèi)自動注液。整個過程應在常溫、全密閉條件下進行。
▲寰泰儲能的一條釩電池產(chǎn)線
最后是儲能系統(tǒng)的集成組裝——將多個成品電堆與鈑金框架、管路及配件、儲液罐、磁力泵、電控系統(tǒng)組裝成標準化單元儲能系統(tǒng)。
在整個生產(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、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)線的標配，但即便建成了一條先進的生產(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)計方案極為重要?！安煌瑥S家買的原料可能一樣，但設(shè)計方案的不同，會導致電堆的性能效果有很大的差別。”他表示，包括電堆結(jié)構(gòu)、密封在內(nèi)的設(shè)計方案是電堆性能的重要影響因素。
