液流電池：大規(guī)模高效儲(chǔ)能首選技術(shù)之一

20世紀(jì)80年代，我國(guó)開始進(jìn)行液流儲(chǔ)能電池的基礎(chǔ)研究工作。從2000年開始，以中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所為代表的研究單位大舉進(jìn)入液流電池研究領(lǐng)域，使得中國(guó)液流儲(chǔ)能電池技術(shù)進(jìn)入了發(fā)展的“快車道”。

國(guó)際上液流電池代表品種主要有3種，即鋅溴電池、多硫化鈉/溴電池及全釩電池(VRB)。

據(jù)中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理所研究員、大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司副總經(jīng)理兼總工程師張華民介紹，鋅/溴液流電池具有較高的能量密度(可以達(dá)到70Wh/kg)，且材料成本較低，但目前循環(huán)壽命較短，且溴具有毒性和腐蝕性，不適合大規(guī)模儲(chǔ)能使用。多硫化鈉/溴電池也具有材料成本低的優(yōu)點(diǎn)，但由于正負(fù)極電解液互串引起的容量和性能衰減以及溴的毒性和腐蝕性等問題難以解決，目前國(guó)內(nèi)外多硫化鈉/溴體系液流儲(chǔ)能電池的規(guī)模放大工作處于停滯狀態(tài)。

在張華民看來，全釩液流儲(chǔ)能電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、蓄電容量大、選址自由、可深度放電、系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活、安全環(huán)保、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，特別是充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)是其他任何電池?zé)o法比擬的。“在風(fēng)能發(fā)電并網(wǎng)等規(guī)模儲(chǔ)能場(chǎng)合具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是大規(guī)模高效儲(chǔ)能技術(shù)的首選技術(shù)之一。”張華民強(qiáng)調(diào)。

釩電池中電能以化學(xué)能的方式存儲(chǔ)在不同價(jià)態(tài)釩離子的硫酸電解液中。釩電池通過更換電池模塊，電解液和儲(chǔ)能罐可以反復(fù)使用，預(yù)計(jì)壽命可以達(dá)到15年以上。同時(shí)，釩電池的充放電效率約為75%。“電池的輸出響應(yīng)很快，可以在幾個(gè)毫秒內(nèi)完成從零功率到滿功率輸出。”張華民指出。

2008年，大連化物所與大連博融產(chǎn)業(yè)投資有限公司合作成立大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司，專門從事液流儲(chǔ)能電池工程化和產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。目前在全釩液流儲(chǔ)能電池關(guān)鍵材料、系統(tǒng)集成、測(cè)試方法及應(yīng)用示范等方面取得一系列進(jìn)展。

首先，融科儲(chǔ)能公司已掌握了百千瓦級(jí)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成技術(shù)。建成年產(chǎn)能300MWh的全釩液流儲(chǔ)能電池電解液生產(chǎn)線和產(chǎn)能100MW的雙極板生產(chǎn)線，開發(fā)出輸出功率為22kW的電池單模塊，集成出輸出功率為260kW、儲(chǔ)能容量為1MW的電池系統(tǒng)。

其次，在決定電池性能和成本的核心組件離子交換膜材料方面，融科儲(chǔ)能公司在國(guó)際上率先開發(fā)出高離子選擇性、低成本的離子交換膜。“解決了全釩液流儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)化的瓶頸，率先實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料和核心部件的全國(guó)產(chǎn)化。”張華民說。

另外，通過壽命加速試驗(yàn)對(duì)自主研發(fā)的2kW全釩液流儲(chǔ)能電池耐久性進(jìn)行考察。自2007年7月6日開始運(yùn)行以來，已無故障、連續(xù)運(yùn)行1100多天，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間近2.8萬小時(shí)，實(shí)現(xiàn)充/放電循環(huán)8100多次，目前仍在繼續(xù)運(yùn)行。

與此同時(shí)，2009年7月張華民團(tuán)隊(duì)還在西藏自治區(qū)成功安裝一套“太陽能光伏系統(tǒng)與5kW/50kWh液流儲(chǔ)能電池聯(lián)合供電系統(tǒng)”，進(jìn)行示范應(yīng)用。該系統(tǒng)已無人值守,平穩(wěn)運(yùn)行1年多，穩(wěn)定性得到充分驗(yàn)證。

“全釩液流儲(chǔ)能電池優(yōu)異的可靠性與穩(wěn)定性為其工程化和產(chǎn)業(yè)化開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。”張華民說。