鋰離子電池是這幾年儲能界的香餑餑。據數據統(tǒng)計，2014年儲能技術新增裝機中，鋰離子電池占比最大達74%。特斯拉的超級電池工廠選擇的就是鋰離子電池技術進行研發(fā)和生產，他們還針對小型儲能市場推出了Powerwall，廣受市場歡迎。但其實，根據應用領域對儲能技術的要求不同，各種儲能技術都有其適宜的應用領域。當應對大規(guī)模儲能應用時，鋰離子電池就遇到了對手。據外媒報道，美國能源部正在支持美國UniEnergy Technologies公司執(zhí)行一個新型液流電池儲能項目，目標就是在項目達到大規(guī)模和電網一體化時，能夠將液流電池和特斯拉電池為主的鋰離子電池進行比較和對照。
一般說起儲能技術，大家都會覺日本、美國最牛，可是在液流電池領域，中國可以說是全球No.1。目前，全球最大規(guī)模的全釩液流電池儲能系統(tǒng)就是由中國企業(yè)開發(fā)，而且國際上液流電池標準體系也是由中國科學家組織研究制定。能豆君拜訪了該標準體系制定的負責人、同時也是全球最大規(guī)模全釩液流電池系統(tǒng)項目總工程師張華民教授。
張教授現(xiàn)任大連化學物理研究所首席研究員、國家能源液流電池儲能技術重點實驗室主任、大連融科儲能技術發(fā)展有限公司副總經理、總工程師。張華民教授是在2000年作為中國科學院百人計劃人才，回國到大連化學物理研究所工作，此前在日本留學并從事燃料電池研究工作。回國后，張華民教授先后擔任燃料電池研究中心主任、所長助理、儲能技術部部長。
張華民教授為何從燃料電池轉為液流電池？從2000年開始，中國儲能15年發(fā)生了什么？未來儲能技術發(fā)展前景如何？敬請大家關注無所不能2015年度峰會能者說Energy Talk，張華民教授作為特約嘉賓將為能豆粉們分享他的精彩經歷與他對儲能技術未來藍海的判斷。
今天能豆君先帶大家提前科普一下什么是液流電池，看看為什么大規(guī)模儲能的未來在這里。
液流電池ABC
1.什么是液流電池？
液流電池，是一種活性物質存在于液態(tài)電解質中的二次電池技術。電解液置于電堆外部，在循環(huán)泵的推動下流經電堆，并發(fā)生電化學反應，實現(xiàn)化學能與電能的轉換，從而實現(xiàn)電能的存儲與釋放。
2.液流電池有什么特點？
①儲能容量易調節(jié)規(guī)模。電池的輸出功率取決于電堆的大小和數量，儲能容量取決于電解液容量和濃度，因此液流電池的規(guī)模設計非常靈活：只要增加電堆的面積和電堆的數量，就可以增加輸出功率；只要增加電解液的體積，就可以增加儲能容量。
②液流電池選址自由度大。系統(tǒng)可全自動封閉運行，無污染，維護簡單，操作成本低。
③安全性高。電解質溶液為水溶液，電池系統(tǒng)無潛在的爆炸或著火危險，安全性高。
3.液流電池的類型
根據活性物質的不同，液流電池可分為全釩、鋅/溴、多硫化鈉/溴、鐵/鉻等多種技術路線。發(fā)展至今，世界范圍內液流電池總裝機量約68MW，其中全釩液流電池占40%。從目前技術成熟度和工程應用效果看，全釩液流電池技術進入工程應用、市場開拓階段，開始實現(xiàn)商業(yè)化；鋅溴液流電池技術進入應用示范、市場開拓階段；其他液流電池仍處于研究階段。
全釩液流儲能電池正極電對為VO2+/VO2+，負極電對為V2+/V3+，電極發(fā)生如下電化學反應：
4.全釩液流電池技術特點
①循環(huán)壽命長：全釩液流儲能電池的充放電循環(huán)壽命可達13，000次以上，日歷壽命超過15年。
②充放電特性良好：全釩液流電池儲能系統(tǒng)具有快速、深度充放電而不會影響電池的使用壽命的特點，且各單節(jié)電池均一性良好。另外，釩離子的電化學可逆性高，電化學極化也小，因而非常適合大電流快速充放電。
③功率和容量獨立設計：全釩液流電池的功率由電堆的規(guī)格和數量決定，容量由電解液的濃度和體積決定。因此，功率的擴容可通過增大電堆功率和增加電堆數量實現(xiàn)，容量的提高可以通過增加電解液體積實現(xiàn)。
④安全、環(huán)保：全釩液流電池儲能系統(tǒng)是在常溫、常壓條件下工作，這不但延長了電池部件的使用壽命，并且表現(xiàn)出非常好的安全性能。另外電解質溶液可循環(huán)使用和再生利用，環(huán)境友好，節(jié)約資源。電池部件多為廉價的碳材料、工程塑料，使用壽命長，材料來源豐富，加工技術成熟，易于回收。
總體看，全釩液流電池在輸出功率為數百千瓦至數百兆瓦，儲能容量為數百千瓦時至數百兆瓦數時以上級的規(guī)模化固定儲能場合，液流電池儲能具有明顯的優(yōu)勢，是大規(guī)模高效儲能技術的首選技術之一。
5.全釩液流電池面臨的挑戰(zhàn)有哪些？
①離子交換膜技術。離子交換膜可以影響正、負極電解質之間的離子相互滲透率，從而影響液流電池的能量效率和電池的壽命，需要研究開發(fā)高選擇性、高導電性的液流電池用離子交換膜。
②高濃度和高穩(wěn)定性的電解液制備技術。此前電解液成本占到總成本的近50%。目前由于電池成本下降，電解液成本所占比例更大了。
③能量密度偏低、體積較大。電池系統(tǒng)需要配置大量的管路、閥件、電解液循環(huán)泵、換熱器等輔助部件，使液流電池更為復雜，對電池系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。
6.液流電池發(fā)展現(xiàn)狀&前景怎么樣？
全釩液流電池適用于調峰電源系統(tǒng)、大規(guī)模光伏電源系統(tǒng)、風能發(fā)電系統(tǒng)的儲能以及不間斷電源或應急電源系統(tǒng)。
全球范圍內全釩液流電池生產企業(yè)主要包括：日本的住友電工公司、大連融科儲能技術發(fā)展有限公司（下稱：融科儲能公司）、美國UniEnergy Technologies公司和奧地利Gildemeister公司。
日本住友電工公司早在上世紀90年代開始全釩液流電池技術研發(fā)，具有領先的系統(tǒng)集成和工程應用技術，但其關鍵功能性材料和部件依賴外購，成本偏高。美國UniEnergy Technologies公司擁有世界領先的混合酸型全釩液流電池技術，承擔建造了美國首個兆瓦時級全釩液流電池儲能電站。Gildemeister公司從2002年開始研發(fā)全釩液流儲能電池，產品主要與太陽能光伏電池配套，用于偏遠地區(qū)供電、電動車充電站等領域。
我國全釩液流儲能技術和產業(yè)發(fā)展處于世界領先水平。目前，融科儲能公司累計實現(xiàn)全釩液流電池裝機容量超過12MW，占世界總裝機量的40%。2013年，融科儲能公司與大連化物所聯(lián)合研制的全球最大規(guī)模的5MW/10MWh全釩液流電池儲能系統(tǒng)成功通過業(yè)主的驗收，這是目前世界上第一套實際并網運行的5MW級大型工業(yè)儲能裝置，各項指標都處于國際領先水平。
2014年，融科儲能公司與德國博世集團（BOSCH）合作，在德國北部風場建造了250kW/1MWh全釩液流電池儲能系統(tǒng)。該系統(tǒng)是目前歐洲最大規(guī)模的全釩液流電池系統(tǒng)，產品的性能和穩(wěn)定性受到海外客戶的高度評價。融科儲能公司還與美國UniEnergy Technologies公司合作，建造了美國首座兆瓦級全釩液流儲能電池電站。
