科学通报 | 材料创新破瓶颈：液流电池支撑长时储能新发展

液流电池以其高安全、长寿命、灵活可调的独特优势，在大规模长时储能赛道展现出广阔前景。在“双碳”目标指引下，液流电池技术正迎来关键突破期。本文综述了液流电池主流技术路线，聚焦关键材料瓶颈与前沿突破，分析未来发展方向，为液流电池的持续进步提供重要参考。

凭借其技术特性优势，液流电池正从实验研发阶段步入产业化进程。国家层面将其明确列为新型储能核心技术路线。《“十四五”新型储能发展实施方案》等重磅政策为其发展提供强力支撑。《2024中国液流电池产业发展白皮书》预测，2030年我国液流电池储能累计装机量将达2.6 GW/10.5 GWh，市场前景广阔。

技术路线百花齐放，材料创新突破不断

液流电池技术路线呈多元化发展，包括铁铬、全钒、全铁、锌基（如锌溴、锌铁）和水系有机等体系。其中，全钒体系最成熟，全铁、水系有机等新型低成本体系发展迅猛。然而，系统成本高仍是液流电池产业化的主要瓶颈，液流电池降本增效的核心在于关键材料的创新：

图 1 液流电池储能技术关键材料

1、 电堆（功率模块）：

液流电池隔膜作为核心组件，需同时实现离子选择性传导与活性物质阻隔功能，主要分为三类：离子交换膜依靠固定电荷基团传导离子，传统全氟磺酸膜稳定性好但离子选择性差且价格高昂，非氟膜则显著降低成本并已在千瓦级电堆中验证高效率和长时稳定性。多孔膜依托多孔通道传导与筛分，通过调控孔道提升性能，根据孔道形成方式分为固有孔隙和后形成多孔膜。规整孔道膜（如沸石、MOFs、COFs）利用均一孔径实现精准高效筛分，例如，二维MFI型分子筛膜可实现离子传导性与选择性的协同提升，进而显著优化液流电池性能。

图 2 液流电池隔膜分类

电极作为电化学反应场所，主流石墨毡存在亲水性和活性不足问题。研究通过表面造孔、引入活性官能团、负载催化剂及设计梯度结构电极等手段提升性能。轻质化、超薄化是未来发展趋势。

双极板收集传导电子，同时还起到支撑电极和供给电解液的作用。优化流场设计（如死区补偿流场、多级分配流道）能极大改善电解液分布均匀性并降低流阻，提升电堆效率和功率密度。

2、电解液（容量模块）

电解液改性的核心目标是开发兼具高浓度、高稳定性和低成本的电解液体系。全溶解型体系中，全钒较为成熟但受钒资源限制，研究聚焦提升浓度和稳定性。新型低成本无机体系如全溶型全铁电池和硫基电池等发展迅速，展现应用潜力。水系有机体系通过分子设计调控电位，提升溶解度，实现多电子反应和增强稳定性，体系能量密度和循环寿命不断提升。针对锌基、酸性全铁等沉积-溶解型电池，还需通过电解液添加剂等策略抑制负极枝晶生长，促进金属均匀沉积。

未来展望：

在液流电池的未来发展中，材料创新仍是核心驱动力：开发兼具高选择性、传导性、稳定性的隔膜，高活性、低电阻的电极，高导电、高强度、低成本的双极板，并探索基于铁/锌/ 锰等高丰度元素或有机分子的低成本、高稳定、高能量密度的新型电解液体系。人工智能将加速材料研发。系统层面，通过应用智能控制、流体动力学优化和模块化设计提升系统运行效率和部署灵活性。随着政策支持、产业链协同与规模化生产推进成本下降，液流电池将在电源侧、电网侧及用户侧等多场景发挥重要作用，为构建新型能源体系、实现“双碳”目标提供关键的长时储能支撑。

文章信息

丁静怡, 吴玉淋, 王一兴, 韦杰, 侯晓璇, 黄康*, 徐至*. “双碳”目标下液流电池技术进展与展望. 科学通报, 2026, 71: 339–354,

doi: 10.1360/CSB-2025-0500

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