储能新贵！出身不“钒”的液流电池究竟为何方神圣

这些年新能源电池圈从未缺少过话题，当人们都认为三元和磷酸锂电池二分天下时，液流电池凭借在储能领域的出色表现成为近期市场热议的焦点。

储能安全文件催化液流电池

近日，国家能源局官网发布了《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2022年版）（征求意见稿）》，文件对新兴的电化学储能技术的安全性提出了具体要求，明确将三元锂离子电池、钠硫电池从中大型电化学储能可选方案中剔除；选用梯次利用动力电池时，应进行一致性筛选并结合溯源数据进行安全评估。

安全隐患成为两款电池在储能领域被禁的关键。以三元电池为例，业内统计显示，近10年间，全球共发生32起储能电站起火爆炸事故。从电池类型来看，三元锂电池事故最多。

这32起储能电站起火爆炸事故有以下几个特征：一是25起事故采用三元锂离子电池；二是韩国储能电站起火爆炸事故占24起，这与韩国各大电池企业以三元锂电池为主流产品有关；三是2017年以后的储能项目有30起；四是储能电站起火爆炸大多发生在充电中或充电后休止中，占21起。

同样是锂电池，中科院物理研究所研究员黄学杰表示，镍钴铝三元材料18650（锂离子）电池在180℃以上会出现自加热，起火后很难控制。相比之下，磷酸铁锂材料到了250℃以上才会出现放热现象，安全性相对较高。

钠硫电池方面，光大证券认为，其对工作时的运行温度要求较高，需要达到300℃左右的温度，在安全方面存在一定的隐患。此次征求意见稿的发布，整体上体现了国家对储能电站安全的高度重视。

两大技术路线产业化进程加速

与锂电池、钠电池、钠硫电池相比，液流电池的优势在于安全性高、寿命长，目前的主流技术路线是铁/铬电池和全钒电池，这两类液流电池都采用水系电解液，活性材料反应温和，无爆燃风险，具有原理层面的本征安全性，且循环寿命都在一万次以上。

液流电池(Flow Battery)是一种液相电化学储能装置，其活性工作物质溶解在电解液中，通过改变活性物质氧化价态使化学能与电能互相转化，实现能量存储与释放，属于氧化还原电池。

液流电池本质由电势差不同的两组氧化还原电对构成，即选择两种含变价元素的化合物作为电池的正极和负极活性物质(氧化剂和还原剂)，且二者的电极电势应与所用电解液(一般为水溶液)的电化学窗口相匹配。液流电池的原理及构造与锂离子电池、铅酸蓄电池等常见二次电池截然不同。

首先，液流电池的电极采用的惰性材料，正负电极本身不参与电化学反应，实际参与反应的活性物质具有独立储存单元，在循环泵作用下沿传质线路在电池内部和外部储罐之间形成闭环，既能向电极及时供应新鲜的活性物质，又能将反应产物快速抽离，从而避免了浓差极化和热累积效应。按照工作物质的不同，液流电池分为全钒液流电池、铁-铬液流电池、锌-溴液流电池等多种类型。

铁/铬液流电池属于最早的液流电池方案，能量密度略低，但成本优势更明显。其工作物质是廉价的铁和铬，来源广、供给足，材料成本较全钒液流电池大大降低。

同时，铁/铬液流电池的电解液为氯化盐，水溶温区也较全钒液流电池的硫酸盐更宽，在高低温环境下的工作性能更优。

不过由于铁/铬液流电池关键技术问题长期得不到解决，其研发进度较慢，关注度不及全钒液流电池。

目前，这两种电池均处于产业化初期，2021年，我国新型储能累计装机规模达到5729.7MW，其中液流电池占比0.9%，规模约为51.57MW。

今年以来，国内液流储能技术产业化进程加速，大型储能电站相继取得进展：1月，国家电投自主研发的铁/铬液流电池堆“容和一号”量产线投产；6月，大连全钒液流电池储能调峰电站投运。

液流电池背后的电化学储能

液流电池的崛起，更多时候源于电化学储能应用的落地。

在“源网荷储一体化”的电力系统构建中，电化学储能性价比高，不受自然环境影响，装机便捷，使用灵活，已经进入商业化阶段。从《“十四五”新型储能发展实施方案》也能看出，相关职能部门对电化学储能并非“一棒子打死”，甚至“寄予厚望”：“开展钠离子电池、新型锂离子电池、铅炭电池、液流电池……等关键核心技术、装备和集成优化设计研究。”

在鼓励技术开发的同时，“安全”一词也放在了文件的重要位置。包括“突破电池本质安全控制、电化学储能系统安全预警、系统多级防护结构及关键材料、高效灭火及防复燃、储能电站整体安全性设计等关键技术，支撑大规模储能电站安全运行。”

除了三元锂电池、钠硫电池，以流液电池为代表的电化学储能技术正在快速成长并落地中。

中国能建参与的大连（全钒）液流电池储能调峰电站正在进行最后的电池单体调试和系统调试阶段，即将在今年8月正式投入商业运行。

7月，华电莱城百兆瓦级储能电站启动建设，这是山东第二批首个启动的储能示范项目。该项目增配铁铬液流电池长时储能技术，具有安全无爆燃、充放电次数高、易扩容、电解液毒性低等优势。

大型储能项目成突破口

储能电池的选择需要综合考虑安全性、功能性和经济性等诸多因素，其中第四条指出，目前投运项目较多的主要是磷酸铁锂电池和钒电池，二者在应用场景上存在一定差异。磷酸铁锂电池能量密度高，长时充放电时热稳定性相对较差，故适用于小型化、生活化场景。

而钒电池作为液流电池的典型代表，其充放电过程主要通过电解液中不同价态钒离子的电化学反应来实现，具有更高的安全性，兼具长寿命、大容量的特点，能方便应用模块化管理，不过能量密度低导致重量和体积较大，因而目前更适合用于大型储能场景，未来在小型化、生活化场景的应用仍需技术进步。

目前，国内外从事液流电池技术研发和产业化的机构有20家左右，主要包括中科院大连化物所、清华大学、中南大学、融科储能、上海电气和日本住友电工、英国Invinity、德国Fraunhofer UMSICHT等。

以大连物化所为代表的国产液流电池技术走在世界前列。据《中国能源报》报道，大连化物所李先锋研究员团队近日与比利时科尔德集团控股EcoSourcen公司签署了新一代液流电池技术许可合同，共同推动该技术在欧洲市场的推广应用。这是大连化物所新一代液流电池技术首次输出至发达国家。

而除我国之外，美国能源部2020年12月发布的《储能大挑战路线图（2020）》报告显示，2020年全球液流电池年装机容量仅接近10Gwh，预计到2030年液流电池在全球的年装机量有望达到69GWh，有望占全球150GWh总量的46%。

但流液电池并非没有压力，成本高、体积质量庞大等问题都让流液电池离大众消费者有些距离，毕竟同样能量的钒电池体积可达锂电池的3-5倍，质量达2-3倍；工作环境温度需保持在0-45°C等，这些，都陈给流液电池进入大众市场的阻碍，只不过随着新能源生态构建的提速，流液电池技术及阵营，有望打开黄金赛道！