□ 趙佳亮
近日，四川省經(jīng)濟和信息化廳等6部門聯(lián)合印發(fā)了《促進釩電池儲能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的實施方案》 。該方案是全國首個釩電池產(chǎn)業(yè)專項政策，標志著四川從釩資源大省向釩電池大省邁出了重要一步 。
釩（化學符號為V）電池，全稱全釩液流電池 ， 主要利用釩離子的價態(tài)變化來實現(xiàn)電能的儲存和釋放 。從工作原理上看，釩電池相比鋰離子電池的最大不同在于導電離子主要為不同價態(tài)的釩離子 。在充電時，正極的V4 失去電子成為V5，負極的V3 得到電子成為V2 ，放電時則相反 。從結(jié)構上看 ， 與鋰電池的電解液集成在電池內(nèi)部不同，釩電池的正負極兩側(cè)各有一個電解液儲罐，通過循環(huán)泵輸送至電池內(nèi)部進行反應 。
事實上，全釩液流電池只是液流電池家族的一個代表，從產(chǎn)品分類看，液流電池按照電解液體系的不同可分為全釩、鋅鐵、鋅溴、鐵鉻等20多種技術路線，其核心都是通過不同電解液離子相互轉(zhuǎn)化實現(xiàn)電能的儲存和釋放 。
相比磷酸鐵鋰等新型電池，液流電池電極反應過程無相變發(fā)生，可以進行深度充放電，能耐受大電流充放 。與其他電化學儲能技術相比，液流電池最突出的特點有三個：首先自放電非常?。娣攀旎蚴芎蟮緦慷疾換崴ゼ酰?這為長時儲能提供了可能 。其次循環(huán)壽命特別長，最低可以做到一萬次，部分技術路線甚至可達到兩萬次以上，整體使用壽命可達20年或更長時間 。更重要的是，釩電池能實現(xiàn)“瞬時即充”，因為電解液充滿了整個電池組，所以運行過程中僅需0.02秒就可切換充放電狀態(tài)，響應速度僅需1毫秒 。
我國對釩電池的研究起步較早，目前已進入大規(guī)模商業(yè)示范運行和市場開拓階段 。20世紀80年代末，北京大學和中國地質(zhì)大學建立了全釩液流電池實驗室模型 。1995年，中國工程物理研究院研制出1千瓦的釩電池電堆樣機 。此后，更多研究機構開始從事釩電池的研發(fā)和商業(yè)化推廣工作 。2022 年10月31日 ， 全球最大的全釩液流電池儲能電站建成，并在遼寧大連并網(wǎng)發(fā)電，液流電池也從長時儲能的“后備軍”逐漸來到了臺前 。
目前 ， 鋰離子電池和抽水蓄能在儲能市場的主導地位明顯 。但隨著清潔能源規(guī)模不斷發(fā)展，一套理想的低碳電力系統(tǒng)還需要一套多樣化的長時儲能解決方案，因此對于長時儲能，即充放電時間超過6小時的技術越來越受到重視 。
盡管全釩液流電池被寄予厚望，但仍有兩個關鍵挑戰(zhàn)亟待解決：一是技術難、能量密度低 。液流電池中的一些重要部件，如為化學反應提供場所的雙極板和離子交換膜 ， 目前仍依賴進口 ， 國產(chǎn)化難度較大 。由于攜帶較大尺寸的電解液罐，液流電池系統(tǒng)能量密度僅有鋰離子電池儲能的1/10 。二是液流電池初建投資成本高，通常是鋰電池的兩到三倍，其中反應電堆和電解液占比超七成 。但是，隨著使用時長的拉升，它的全生命周期成本優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn) 。
在探索自主知識產(chǎn)權的技術路線方面，中國科學院院士趙天壽團隊做了大量嘗試，通過基礎理論、關鍵材料與器件創(chuàng)新，大幅提高了液流電池性能，電流密度提高到主流水平的3倍以上，電解液利用率提高到80%，并可以在循環(huán)兩萬次后不出現(xiàn)顯著衰減 。新型液流電池性能的提升有望降低液流電池儲能電站初投資成本25%以上，使液流電池的生命周期成本降低到可以商業(yè)化推廣的水平 。
隨著技術突破，電堆等成本將不斷下降，電解液幾乎可完全回收利用 ， 規(guī)模化后釩電降本空間廣闊，釩電儲能在注重安全性的中大型儲能領域?qū)⒋笥锌蔀?。
【充放電時間超過6小時，液流電池如何練就長時儲能？】（作者系遠景科技集團工程師）

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