中國儲能網(wǎng)訊：3月23日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合500余家機構共同支持的第十五屆儲能大會暨展覽會（簡稱“CIES2025”）在杭州國際博覽中心召開。
CIES大會以“綠色、數(shù)智、融合、創(chuàng)新”為主題，針對儲能產(chǎn)業(yè)面臨的機遇與挑戰(zhàn)等重點、熱點、難點問題展開充分探討，分享可持續(xù)發(fā)展政策機制、資本市場、國際市場、成本疏導、智能化系統(tǒng)集成技術、供應鏈體系、商業(yè)模式、技術標準、示范項目應用案例、新產(chǎn)品以及解決方案的普及和規(guī)?；こ虘?。
在3月24日上午的液流電池專場專場中，中國科學院大連化學物理研究所首席研究員張華民作了題為《雙碳目標下的液流電池儲能技術》的主旨演講。
以下內(nèi)容根據(jù)大會發(fā)言整理提煉，僅供參考。
張華民
尊敬的各位嘉賓：
大家上午好，很高興和大家分享一下“雙碳”目標下的液流電池儲能技術。
今天我主要想這4個方面的內(nèi)容：
1.我國能源革命和“雙碳目標”愿景
實現(xiàn)國家“雙碳”目標的主要途徑之一就是構建以“新能源+儲能”為主體的新型電力系統(tǒng)。去年李強總理的政府工作報告中又提到，建立新型能源體系。因為風能、太陽能發(fā)電是典型的間歇性能源，而電力系統(tǒng)供電要求高穩(wěn)定性、高安全性，因此大規(guī)模儲能技術是實現(xiàn)可再生能源普及應用的主要途徑。
這張圖是國家風能、太陽能發(fā)電的規(guī)劃，去年規(guī)劃累計裝機超過了13億kW，到2030年將達到27億kW，2060年將達到60億kW，這些規(guī)劃數(shù)字可能還要超。也就是說我們國家的風能、太陽能發(fā)電在電力系統(tǒng)占的份額要超過60%。
因此，國際長時理事會提出長時儲能是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的有效途徑，長時儲能是實現(xiàn)風能、太陽能普及應用成本最低的靈活性解決方案。
美國有一個規(guī)劃，到2035年實現(xiàn)100%的清潔電力，因此要求要開發(fā)長時儲能技術，美國定義的長時儲能是額在定功率下放電時間10小時以上，使用壽命15-20年。我們國家電網(wǎng)也認識到發(fā)展長時儲能，構建新型電力系統(tǒng)是非常重要的。
2.液流電池技術的種類、特點、技術現(xiàn)狀
液流電池有很多種，是不是每一種液流電池都行，都適合于大規(guī)模長時呢？如果產(chǎn)業(yè)化開發(fā)方向選錯了所有投入都會打水漂。從理論上講任何兩個不同電位的電堆組合都能構成液流電池，這張圖的左邊這個范圍，在充放電過程中就要析氫，這是科學問題，它的電位決定它要析氫。
右邊那個范圍，它就要析氧，能量轉(zhuǎn)化效應會降低，析氫還有危險性。只有在中間這個范圍內(nèi)，它才是安全的液流電池，所以，并不是所有的液流電池都安全。
我們今天很多報告都是講釩，2價、3價釩的電位在這里，4價、5價釩的電位在這里，它是在非常安全的范圍內(nèi)，只要控制的好，充放電過程中，就不會析氫和析氧。
像鐵/鉻液流電池，鐵/鉻是最早提出的液流電池，美國研究了好多年，日本住友電工也研究了很多年，最后不得不放棄，在國外基本上都放棄了。
為什么呢？它有很多問題，它用鹽酸，鹽酸的腐蝕性很強。鉻的動力學反應性很差，而且要在65C°運行。液流電池運行不是24小時都運行，需要的時候才運行，在三北地區(qū)冬天零下40度，停下來以后要把電解液加熱到60C°以上，那么多立方米的電解液要加熱到60C°以上，功耗很大。
我們在做國家標準時液流電池的能量轉(zhuǎn)化效率，電堆額定能量轉(zhuǎn)化效率必須大于80%，下一步可能要達到85%，目前只有全釩液流電池能做到這一點。
鋅基液流電池，我們團隊研究了很多，鋅鐵液流電池也做過3個月的30KWh項目示范，最后以失敗而告終。各種鋅基液流電池，它的共性問題是額定電流密度比較低。
全釩現(xiàn)在國際最高水平達到520mA/cm2，我們做鋅基液流電池額定電流密度達到40mA/cm2就不錯了，即使是電解液便宜，10個同樣大小的電堆才能等于全釩液流電池同樣規(guī)模的一個電堆。
另外在電極上鋅的沉積量受限，我們實驗室做了20多年，可循環(huán)150毫安時每平方厘米就很不錯了，如果40毫安時放電的話放不了4個小時。還有鋅枝晶的生成問題，死鋅的問題，即放電時沉積的鋅金屬脫落的問題，鋅（金屬）積累問題，析氫的問題，這些科學問題很難解決，這是我們研究的結(jié)果。
我個人的觀點是，適合長時儲能的液流電池必要條件就是正負極電解液具有相同組分的雙液流電池，兩邊都是液體。典型經(jīng)典的雙液流電池，全釩液流電池正好滿足這個條件。正負極都是釩，你過來一點，我過來一點，還是釩。常年累積價態(tài)有一定失衡后，在線調(diào)整一下正負極電解液失衡的價態(tài)，容量就可以恢復，釩電解液的壽命應該是半永久性的。
從技術優(yōu)勢上來說全釩液流電池本征安全。不析氫，不析氧，只要控制好就可以；水性電解液而且在常溫常壓運行；超長壽命，實驗室做過1.2萬次充放電循環(huán)，每天7次充放電，做了6年，能量效應衰減了5%。
所以有人就說全釩液流電池日歷壽命可以達到25年。我們團隊2012年做的5MW/10MWh已經(jīng)運行了13年，現(xiàn)在還運行的非常好。
最近住友電工可以把釩液流電池的壽命做到30年，就是和風能、太陽能發(fā)電裝置是同壽命。環(huán)境友好，容量可恢復、電解液可循環(huán)使用，其他材料都可以循環(huán)利用。適合中長時的儲能，到目前為止我們做的示范項目有的已經(jīng)達到20小時。
從產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢上講，我們國家全釩液流電池是全球領先的，資源不用進口，不像鋰離子電池90%鋰資源靠進口，全釩液流電池資源全部都可以國產(chǎn)化，產(chǎn)業(yè)鏈可自主可控。
釩液流電池也有它的劣勢，剛才也有講到全釩液流電池價格貴。但我認為，從全生命周期講，全釩液流電池其實是成本最低的電化學儲能電池，但它的初次投資成本是高一點。
能量效益方面，我們制定標準時，電堆的能量效率不低于80%，電堆能量效率80%，下一步可能要提高到85%，因為技術的進步了,市場認知度現(xiàn)在逐漸的提高，特別是強配儲結(jié)束之后對全釩液流電池是個利好。
還有一個問題是產(chǎn)業(yè)鏈不成熟，規(guī)模比較小，最近這幾年發(fā)展很快。
再就是人才儲備不足，很多人都跟我要人，確實現(xiàn)在這方面人才是不足。還有商業(yè)模式有待創(chuàng)新。
液流電池降本的主要途徑，從電池材料講要創(chuàng)新，電堆結(jié)構設計要創(chuàng)新、電解液利用率要提高；從電堆結(jié)構來說要開發(fā)高功率密度、高能量密度的電解液，要提高電解液的利用率。
另外，如果做得不好的話，它有電解液滲漏的問題，現(xiàn)在融科儲能基本解決了這個問題，就是密封性的問題。
還有商業(yè)模式創(chuàng)新的問題，因為釩電解液不是一個消耗品，我認為它是一個金融產(chǎn)品，可以循環(huán)用。一個立方米的電解液160多公斤五氧化二釩，它的價值不會降低,我們考慮電解液的殘值不低于70%。
電池關鍵材料，電解液高穩(wěn)定性、高純度、高反應活性、高濃度。這個做出來很容易，好用難，用上兩年之后好和不好再下結(jié)論。離子交換膜和傳導膜，目前用的是兩種：全氟離子交換膜和復合離子傳導膜。
高導電性、高熱穩(wěn)定性、高選擇性、高尺寸穩(wěn)定性，將來要發(fā)展復合離子交換膜。還有雙極板，雙極板是碳板，這些材料國內(nèi)都能解決，我們國家的釩是全球儲量最高的。
和氫燃料電池相似，釩液流電池中也存在活化極化、歐姆極化和濃差極化這三種極化，降低成本就要要保證在能量轉(zhuǎn)換效率不低于80%的條件下、降低極化，提高額定電流密度降低極化確實是非常大的問題，現(xiàn)在也逐漸得到解決。在釩液流電池電堆中，歐姆極化占很大的比例。
釩液流電池的額定電流密度，目前國家標準是能量效率不低于80%時的電流密度。2012年，我們能夠做到的是80mA/cm2，2024年基本上能達到200mA/ cm2，有些領軍企業(yè)儲備技術已經(jīng)達到260mA/cm2。
額定電流密度提高1倍，電堆材料下降一半，即電池成本下降一半，就是電池系統(tǒng)的成本。這是今天的水平是200mA/cm2，明天什么時候能達到300mA/cm2以上，什么時候能達到400mA/cm2呢？未來如果能達到500mA/cm2，現(xiàn)在住友電工已經(jīng)能達到500mA/cm2，電池成本就非常低了，釩液流電池的成本主要就是電解液成本了。
按照電堆的實際情況，我做了一個計算，電流密度提高1倍，材料成本正好降低一半?，F(xiàn)在電流密度約200 mA/cm2時每個MW的電堆需要2330平方米的雙極板，如果達到500mA/cm2的話只需要400多平方米就夠了，成本大幅度下降，其他材料都是這樣的下降。
這是2000年，在我退休之前，我們團隊做了2kW的電堆，發(fā)現(xiàn)在恒功率充放電時，額定電流密度可以達到345mA/cm2，所以我和融科說要把釩產(chǎn)業(yè)化應用電堆的額定電流密度提高到300mA/cm2，最近住友電工達到了520mA/cm2。理論上儲存1KWh的電需要5.6kg五氧化二釩，電解液利用率不一樣，所需要的五氧化二釩價格/數(shù)量也完全不一樣。
釩電解液具有金融特性，關于電解液的租賃，融科儲能公司做了很多嘗試，一是和海螺的項目，就是采用電解液租賃的辦法。最近中標的攀枝花100MW/500MWh項目也是要采用第三方電解液租賃的辦法來實現(xiàn)，電池系統(tǒng)成本就很便宜了。美國Largo公司是全球釩產(chǎn)能比較大的公司，它最近也介入了電解液租賃這方面的業(yè)務。
日本住友電工最近發(fā)布了電池壽命提高到30年，功率提高30%，而且今年開始的訂單就用這種新的技術，壽命延長，他們整個對材料和檢修技術大幅度提高了。輸出功率提高了30%，因為它以前的額定電流密度400mA/cm2，最近報道的是520mA/cm2，正好提高30%。能量密度提高是電解液的濃度提高了，所以整體上它的經(jīng)濟效益大幅度提高了。
3.生命周期的經(jīng)濟性分析
全釩液流電池一個特點，儲能時間越長，系統(tǒng)分配到每個KWh上系統(tǒng)成本分擔的就越少。即同樣的技術，隨著儲能時長增加單位千瓦時的價格就大幅下降。4小時的儲能，最近融科儲能中標的的100MW/400MWh項目，即4小時的儲能報價是2300元/kWh，同樣的10小時的話只要1700元/kWh就行了。
從生命周期講，全釩液流電池價格不貴，如果是4小時儲能現(xiàn)在報價2300元/kWh，電解液占56.5%，電解液半永久性使用，所以25年電池系統(tǒng)報廢以后，電解液的價值還在，我按照70%的殘值來算。
還有很多有色金屬，銅、鐵、鋁、鋼，這些按照每個KW300元的殘值來算，還有985元的殘值。實際上運行20多年，實際價格是1315。鋰電池初次投資500元就行，但鋰電池要運行25年最少換3次，甚至4次，人員成本、各種成本和電池無害化處理的成本加起來就很高了。釩液流電池10小時儲能系統(tǒng)，電解液占初期投資成本的76.5%，主要是電解液的成本。
20小時儲能1500元/kWh的初次投資成本，電解液占接近87%。實際上去掉殘值以后，實際投資是575元，實際成本或價格跟鋰電池差不多，但鋰電池的壽命只有5～8年。
如果是電流密度達到500mA/cm2，同樣是10小時儲能，初次投資成本下降了很多，主要是電解液成本。10小時儲能，電解液成本占87%。去掉殘值以后，運行25年或者30年，實際成本是560元/KWh，生命周期價格就是這樣。
鋰電池30年最少得換4次。從生命周期講，我認為全釩液流電池是經(jīng)濟性最好的長時儲能技術?，F(xiàn)在釩電解液的價格是1200～1300元/kWh,因為現(xiàn)在五氧化二釩價格7萬多/噸，是很友好的價格了，沒有創(chuàng)新性的突破，我認為五氧化二釩價格很難再降下去了，也就是電解液成本貨價格很難在明顯下降。
4.全釩液流電池的市場展望
國際長時儲能理事會認為，到2030年市場8小時儲能在功率上占到30%，容量上占到50%。我國去年一年投運的釩液流電池總共400多MW，，以前在整個電化學儲能當中只占到0.4%，去年可能占到2%左右。將來如果長時儲能占到30%，全釩液流電池占1/3的話，市場規(guī)模是很大的。
國家工信部、國家能源局都開始重視液流電池在長時儲能中的應用，北京市也有發(fā)布加快液流電池技術的開發(fā)。包括四川、天津、山東，都要強調(diào)部署長時儲能，部署釩液流電池，因此市場前景還是比較好的。
美國能源部對11種儲能技術，包括電化學、機械、熱儲能，11種技術進行了評估，能達到度電成本5美分以下的長時儲能技術只有3種：液流電池、抽水蓄能、壓縮空氣儲能。
美國加州2024年7月份要招標兩個GW的長時儲能，一個GW的儲能時長大于12小時，一個GW的儲能時長大于36小時。而且專門強調(diào)采用鋰電池和抽水儲能以外的其他新型儲能電池技術，以幫助政府實現(xiàn)脫碳且實現(xiàn)度電成本5美分的目標。
世界上其他國家也在大力發(fā)展液流電池，韓國也是這樣。最近兩會期間，中央電視臺對融科儲能做了大幅篇的報道，是全球最大的智能制造基地。
謝謝大家！
