中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：釩液流電池經(jīng)過二十多年的發(fā)展，已經(jīng)是一種比較成熟的儲(chǔ)能技術(shù)了。其應(yīng)用方向主要是新能源電場(chǎng)配套儲(chǔ)能電站和電網(wǎng)的MWh級(jí)大規(guī)模儲(chǔ)能電站。與鋰電池相比，他們不是相互替代的關(guān)系。未來，隨著越來越大的新能源接入電力系統(tǒng)，儲(chǔ)能的需求會(huì)越來越大，全釩液流電池的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手或是水力蓄能、壓縮空氣蓄能等大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，以及其他技術(shù)體系的液流電池。
一、全釩液流電池概述
液流電池，是一種活性物質(zhì)存在于液態(tài)電解質(zhì)中的二次電池技術(shù)。電解液置于電堆外部，在循環(huán)泵的推動(dòng)下流經(jīng)電堆，并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)與釋放。目前主要的液流電池包括鐵鉻電池、鋅溴電池及全釩電池等，其中全釩液流電池發(fā)展較快。
全釩液流電池主要由電堆系統(tǒng)、電源負(fù)載系統(tǒng)、電解液存儲(chǔ)與供應(yīng)系統(tǒng)等部分組成。電堆系統(tǒng)由電極、離子交換膜、雙極板、板框PVC、電解液等組成。
不同價(jià)態(tài)的釩離子作為正、負(fù)極活性物質(zhì)，分別裝在兩個(gè)大儲(chǔ)液罐的溶液中，通過外接泵將電解液泵入到電池堆體內(nèi)，使其在不同的儲(chǔ)液罐和半電池的閉合回路中循環(huán)流動(dòng)；采用離子膜作為電池組的隔膜，電解液平行流過電極表面并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，將電解液中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，通過雙極板收集和傳導(dǎo)電流。
二、全釩液流電池特點(diǎn)
1、儲(chǔ)能容量易調(diào)節(jié)規(guī)模。釩電池可以承受的功率和電極面積成正比，也就是和電堆的大小成正比。而電量的多少和電解液體積成正比，也就是和儲(chǔ)能罐的大小成正比。因此液流電池的規(guī)模設(shè)計(jì)非常靈活：只要增加電堆的面積和電堆的數(shù)量，就可以增加輸出功率；只要增加電解液的體積，就可以增加儲(chǔ)能容量。
2、循環(huán)壽命長(zhǎng)。電池反應(yīng)時(shí)只是釩離子在不同價(jià)態(tài)間轉(zhuǎn)換，沒有其他的物相變化，理論上可以對(duì)其進(jìn)行任意程度的、無限多次的充放電，平均充放電循環(huán)達(dá)到13000 次?？紤]到系統(tǒng)中其他部件的壽命，能用20-30年從理論是沒有問題的。
3、液流電池選址自由度大。系統(tǒng)可全自動(dòng)封閉運(yùn)行，無污染，維護(hù)簡(jiǎn)單，操作成本低。
4、在常溫常壓下工作，無潛在的爆炸或著火風(fēng)險(xiǎn)，安全性好。
5、全壽命周期的成本低，占電池成本較高的釩電池電解液回收率高。
6、能量密度低。只有15-40Wh/L，甚至不如鉛酸電池，導(dǎo)致設(shè)備體積重量大，很難應(yīng)用于移動(dòng)電源。釩鹽本身分子量較大，在水中的溶解度也有限。市場(chǎng)上的電解液通常用1.5-2mol/L的釩溶液，目前的世界紀(jì)錄是3mol/L。
7、此外相對(duì)其他儲(chǔ)能系統(tǒng)增加了管道、泵、閥等輔助部件，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，一定程度影響系統(tǒng)可靠性。
三、全釩液流電池的應(yīng)用情況
根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2020年我國儲(chǔ)能方式中，抽水儲(chǔ)能占比89.3%，電化學(xué)儲(chǔ)能占比9.2%，電化學(xué)儲(chǔ)能中，釩電池儲(chǔ)能占比僅0.65%。
全球范圍內(nèi)全釩液流電池生產(chǎn)企業(yè)主要包括：日本的住友電工公司、大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司、美國UniEnergy Technologies公司和奧地利Gildemeister公司。
中國在全釩液流電池領(lǐng)域應(yīng)該來說是處于領(lǐng)先地位，目前已100%擁有全釩液流電池自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。據(jù)報(bào)道，大連融科的國際市場(chǎng)占有率達(dá)80%。
2013年，大連融科與大連化物所聯(lián)合研制的全球最大規(guī)模的5MW/10MWh 全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成功通過業(yè)主的驗(yàn)收，這是目前世界上第一套實(shí)際并網(wǎng)運(yùn)行的5MW級(jí)大型工業(yè)儲(chǔ)能裝置，各項(xiàng)指標(biāo)都處于國際領(lǐng)先水平。
2014年，大連融科與博世集團(tuán)合作，在德國北部風(fēng)場(chǎng)建造了250KW/1MWh全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。并與美國UniEnergy Technologies公司合作，建造了美國首座兆瓦級(jí)全釩液流儲(chǔ)能電池電站。
四、全釩液流電池的成本
成本是制約釩電池發(fā)展的核心原因。根據(jù)《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書》統(tǒng)計(jì)，全釩液流電池(釩電池)每千瓦投資成本在4500-6000元，而抽水儲(chǔ)能的每千瓦投資成本在750~1200元、鋰電池每千瓦成本在2000~3000元左右，高成本使得釩電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用并不廣泛。
五、儲(chǔ)能技術(shù)多元化發(fā)展的政策支持
近十年來，產(chǎn)業(yè)政策一直在鼓勵(lì)釩電池的發(fā)展，主要技術(shù)取得重要突破，產(chǎn)品日趨成熟， 目前 釩電池已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化初期，類似于2 014年的新能源汽車行業(yè)。
2021年7月，國家發(fā)改委和能源局發(fā)布《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》，文件提出要堅(jiān)持儲(chǔ)能技術(shù)多元化，推動(dòng)鋰離子電池等相 對(duì)成熟新型儲(chǔ)能技術(shù)成本持續(xù)下降和商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)液流電池等長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展初期。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)2020年以來釩電池項(xiàng)目，裝機(jī)量已經(jīng)超過6GW，容量超過20GWH，按照《關(guān)于加快新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》政策制定目標(biāo)，2025年累計(jì)實(shí)現(xiàn)30GW裝機(jī)量，目前看來，釩電池有望大幅超預(yù)期。
