中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：液流電池作為一種比較成熟的新型儲(chǔ)能技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注，擁有安全性高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，并且可以與間歇性可再生能源相配合。目前，主流的液流電池可以根據(jù)電解液體系的不同劃分為全釩液流電池、鋅溴液流電池、鐵鉻液流電池、鋅鐵液流電池等技術(shù)路線(xiàn)。
就目前國(guó)內(nèi)的液流電池發(fā)展而言，全釩液流電池發(fā)展得最為突出，商業(yè)化程度最高，裝機(jī)規(guī)模也最大，國(guó)內(nèi)從事全釩液流電池的企業(yè)和產(chǎn)業(yè)配套都趨于成熟，逐漸進(jìn)入了商業(yè)化初期的進(jìn)程，并且發(fā)展迅猛。相較于鋰資源，我國(guó)釩礦資源較為充足，不會(huì)出現(xiàn)短缺現(xiàn)象。
鐵鉻液流電池則主要受限于其陰極嚴(yán)重的析氫反應(yīng)，并且鉻離子活性較差，須配合催化劑使用。雖然其原材料廉價(jià)易得，但其電池效率和整體功率密度難以穩(wěn)定，因此主要還在工程化示范階段，其發(fā)展也遠(yuǎn)落后于全釩液流電池。另外鉻的供應(yīng)海外依存度接近100%，這是一個(gè)潛在的風(fēng)險(xiǎn)。
鋅溴、鋅鐵液流電池在國(guó)內(nèi)發(fā)展進(jìn)度稍遜于國(guó)外，它們具有較高的能量密度以及較低的材料成本等特性，但鋅基液流電池在長(zhǎng)循環(huán)過(guò)程中，電解液中的鋅離子容易擴(kuò)散至電極表面的凸起處，形成鋅枝晶，鋅枝晶的不斷生長(zhǎng)會(huì)刺破隔膜，最終導(dǎo)致電池短路失效。因此，鋅基液流電池必須解決鋅枝晶形成和生長(zhǎng)的問(wèn)題，才能實(shí)現(xiàn)真正的應(yīng)用。其后續(xù)商業(yè)化前景廣闊，但目前國(guó)內(nèi)的技術(shù)路線(xiàn)和產(chǎn)業(yè)鏈尚不成熟，處于初期階段，還需要不斷創(chuàng)新發(fā)展才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。
截至2020年底，全球正在運(yùn)行的儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到191.1吉瓦，其中抽水蓄能累計(jì)裝機(jī)容量最大，占比90.3%。同時(shí)，電化學(xué)儲(chǔ)能的裝機(jī)容量緊隨其后，占比7.5%，包括鋰離子電池、鉛酸電池、鈉硫電池和液流電池等。不久前，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局印發(fā)的《"十四五"新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》也明確提出要大力開(kāi)展鈉離子電池、新型鋰離子電池、鉛炭電池、液流電池等關(guān)鍵核心技術(shù)、裝備和集成優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。國(guó)家能源局還在《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求（2022年版）（征求意見(jiàn)稿）》中，明確了對(duì)新興電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的安全性提出了具體要求，明確將三元鋰離子電池、鈉硫電池從中大型電化學(xué)儲(chǔ)能可選方案中剔除。
液流電池在工程化和商業(yè)化上還存在一定挑戰(zhàn)，目前液流電池的示范項(xiàng)目數(shù)量偏少，基本以MW級(jí)別為主，混合型示范居多，結(jié)合鐵鋰、三元等鋰離子電池混合應(yīng)用與考察，全液流電池獨(dú)立示范項(xiàng)目偏少。截至2021年底，中國(guó)液流電池累計(jì)裝機(jī)量規(guī)模約合200MW，占儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)量比例約為0.4%，但其裝機(jī)量正在飛速提升。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)測(cè)算，以2025年電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)30GW計(jì)算，隨著釩電池商業(yè)化推廣的加速，預(yù)計(jì)2025年全釩液流電池新增裝機(jī)可達(dá)1.7GW，新增滲透率達(dá)20%；同時(shí)到2025年釩電池累計(jì)裝機(jī)可達(dá)4.3GW，累計(jì)滲透率達(dá)14%。全釩液流電池累計(jì)裝機(jī)2020-2025年CAGR達(dá)112%，釩液流電池市場(chǎng)前景廣闊。
目前，對(duì)于釩液流電池儲(chǔ)能來(lái)說(shuō)高成本是阻礙其商業(yè)化的最大因素。我國(guó)全釩液流電池初裝成本雖低于國(guó)際水平，但與鉛蓄、鋰離子電池相比依然處于較高水平，鉛蓄和鋰離子電池受快速發(fā)展帶來(lái)的規(guī)模效應(yīng)影響，近年成本下降較快，導(dǎo)致其增量遠(yuǎn)多于液流電池。目前，全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的EPC成本約在3-4元/Wh，為鋰電池系統(tǒng)的兩倍左右。雖然根據(jù)相關(guān)測(cè)算，預(yù)計(jì)在2030年可以將成本下降一半，但仍會(huì)高于市面上其它較有競(jìng)爭(zhēng)力的電池體系。
全釩液流電池系統(tǒng)成本受關(guān)鍵材料、電堆結(jié)構(gòu)、操作條件等多因素的影響。釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，成本占比最大的為釩電解液，占總成本的40%左右，電堆成本達(dá)到35%以上，其它占25%左右。我們?cè)谥暗奈恼轮袑?duì)全釩液流電池的降本路徑做了一定分析，主要集中在一方面提高材料的化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性，使得材料在液流電池中能夠擁有更長(zhǎng)的使用壽命，從而降低系統(tǒng)整體成本；另一方面降低使用材料的成本，將液流電池中成本占比最高的電解液以及電堆的生產(chǎn)成本降低，從而降低釩電池整體成本；此外，也包括提高系統(tǒng)整體性能，實(shí)現(xiàn)在輸出功率不變的情況下，降低電堆尺寸，從而降低材料用量。
而對(duì)于液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，還有一些實(shí)際應(yīng)用上的問(wèn)題需要繼續(xù)優(yōu)化。比如說(shuō)，電解質(zhì)溶解度低會(huì)導(dǎo)致能量密度低，電極的孔隙率會(huì)影響電池的極化和能量效率。此外，流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)會(huì)增加傳質(zhì)阻力，膜選擇性可能會(huì)導(dǎo)致離子交叉滲透和電解質(zhì)失衡。然后，建模精度問(wèn)題導(dǎo)致對(duì)性能參數(shù)的估計(jì)不準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致電池性能下降；堆疊布局導(dǎo)致傳輸延遲和濃度極化。上述問(wèn)題都可能制約全釩液流系統(tǒng)的快速推廣。
在工程上可能會(huì)影響電池性能的問(wèn)題包括組件的電化學(xué)退化、電解液泄漏和關(guān)鍵組件的機(jī)械故障等。在全釩液流電池運(yùn)行過(guò)程中存在電解液分布不均、流動(dòng)死區(qū)、釩離子擴(kuò)散、析氫氧副反應(yīng)、電解液失衡、容量衰減、自放電、傳質(zhì)阻塞、局部極化等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電池效率下降，影響電池的整體性能。這些問(wèn)題需要通過(guò)流場(chǎng)設(shè)計(jì)、流量?jī)?yōu)化、堆棧優(yōu)化、降低能耗等運(yùn)行優(yōu)化策略來(lái)解決，使全釩液流電池系統(tǒng)運(yùn)行在最優(yōu)狀態(tài)。因此，通過(guò)優(yōu)化電池運(yùn)行以提高整體電池性能并降低關(guān)鍵部件的成本，可以進(jìn)一步推動(dòng)釩電池的廣泛商業(yè)化。在此背景下，全釩液流電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行優(yōu)化是提高電池性能的一種重要方法，通常不需要巨大的改進(jìn)成本，因此運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化在電池系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用中具有重要意義。
雖然全釩液流電池具有能量密度低、操作復(fù)雜等問(wèn)題，但優(yōu)點(diǎn)也非常突出：不易燃安全風(fēng)險(xiǎn)低，使用壽命長(zhǎng)且電解質(zhì)可回收，電池容量可靈活擴(kuò)展適宜于將來(lái)增加放電時(shí)長(zhǎng)的需求，可在不損壞電池的情況下實(shí)現(xiàn) 100% 放電等。因此，全釩液流電池非常適用于中大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用，特別是在光伏、風(fēng)能等新能源領(lǐng)域。其成敗就在于是否能集全行業(yè)之力通過(guò)以下幾個(gè)途徑來(lái)降低初裝成本：
研發(fā)生產(chǎn)成本更低的替代性材料；
分工細(xì)作，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)?；a(chǎn)來(lái)降低各部件的加工成本；
優(yōu)化部件設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、及系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)效率。
