中国储能网讯：2021年由湖南省工业和信息化厅、湖南省商务厅、长沙市人民政府、中国化学与物理电源行业协会联合主办，100余家机构共同支持的湖南（长沙）电池博览会暨首届中国国际新型储能技术及工程应用大会在长沙圣爵菲斯大酒店召开。此次大会主题是“新储能、新动力、新发展”。

会后，为了能让参会代表有更深入的行业交流，小编经过演讲专家本人同意和审核，将演讲专家的速记整理如下：

刘素琴：各位来宾，下午好！首先感谢主办方给我这样一个机会，站在这里，把我对储能的一点比较粗浅的认识，跟大家做一个分享。我来自中南大学，叫刘素琴，我演讲的题目就是“液流储能应用前景与技术经济浅析”。

为什么是浅析？我来自学校，对技术研究得深一些，但是经济方面理解得比较浅，希望在经济方面能够跟大家共同学习。

我的汇报内容主要是，下面几个方面：

1、简单的介绍一下液流电池特点与应用场景

2、全钒液流电池技术经济现状

3、全钒液流电池的经济性的提升策略，也是比较简单的说一下。

4、最后给一个结论。

今天上午听了很多大咖讲锂离子电池和燃料电池。液流，不管是全钒也好，还是其他的液流电池，虽然说做了好几十年，但是目前还是一个比较小众的东西。我先简单介绍一下。

全钒液流基本的原理就是利用不同价态的钒，氧化还原反应实现化学能和电能之间转换。

整个电池系统和传统的锂离子电池不完全相同，和燃料电池有相似的地方。图中间这块蓝色线条包围的是电堆，电堆主要是一个电化学反应的场所。两边我用红的圈圈起来的，就是正极和负极的储液罐，里面装着电解质。液流电池的电化学活性物质是装在两个储液罐里面的电解质，让它具有通过简单地增加电解液的量，包括体积和容量，可以延长充放电时间。因此，这一类的电池特别适合于长时间的储能，和锂电池相比。如果我的储能时间长，成本的下降比较明显，相当于只要增加电解液，电解液多一些就可以把中间的这个电堆的成本分摊下去。

电堆，我在这里用蓝线圈起来的这部分，主要是决定整个系统功率，从这里可以看出功率和容量可以灵活的调节，这是它的简单特点。

液流电池，除了全钒，还有很多种不同的液流电池的类型，如硫铁、锌溴、多硫化钠/溴等等，中和储能正在做硫铁液流电池。液流电池的基本原理是类似的。

由这个图是张老师很早的时候画的一个图，我借用一下。从这里可以看到，其实我们的化学电源有很多种，但是各种不同的化学电源实用的场景是不相同的。

（图）液流是绿色的，主要适合于兆瓦级到百兆瓦级的储存，时间方面是多少个小时之内的。如果是短时的，像秒或者是分钟这类的话，就是左下角的这一类。从这里可以看到液流电池最大的特点，就是我们刚刚讲了容量和功率单位是分离的，设计得比较灵活，实用性比较广。我认为储能发展稍稍没有我们预想这么快的原因就是安全，液流这块的安全性是很好的。从2014年开始有一些示范工程在做兆瓦级的，大概十兆瓦级的，到目前很安全，实验室甚至有人做过直接去点火。我想了一下安全性高的原因是正负极都是电解也，如果有东西把隔膜刺破，如果你完全充满电，也就是二价钒和五价钒之间的自身氧化还原反应，在这里头放热不是很厉害，不至于会起火，所以这块是特别安全的。二个是稳定性挺高的，循环寿命长，均一性好，和其他的活性物质在电极上面的全封闭的电池相比，它的均一性好，为什么？活性物质是电解液，是液相的，整个液体在电堆里面反应，均一性要比固态更容易调节均一性。这些特点就决定它既可以作为分散式的储能，也可以做集中的大规模的储能应用。

应用场景，前面也讲了，我们可以看到从最小的太阳能屋的储能，到稍微大一点的就是办公建筑的储能，到更大的像风能发电储能以及分布式发电和微电网，还有可再生能源的并网，以及电网“削峰填谷”，这个是比较实用的场景。

可能大家会有疑惑，既然液流电池这么好，好像大家的认知至少没有锂电池和燃料电池那么普及。我们做了锂离子电池的对比，力量密度是低的，不如锂离子电池，也决定了在电动车那一块可能不能和锂离子电池竞争，不太适用于这个。

但是它比较强的地方是长寿命，安全性是特别好，和其他的有一些电池，与更加便宜的电池相比，很适合与深充深放的。如果用于储能对于响应速度快，国家重点研发计划里头列了这个项目，我们也做了跟电网互相的响应，到毫秒级，2个毫秒之内，我们那个时候做的话是1.8个毫秒的响应速度。所以响应速度很快。

除此之外，对于使用后面的隐患是很少的，我们讲其他的电池都面临着回收的难题，对于全钒这块它的回收电解液这块全部都是钒，所以不需要很复杂的处理，只要过滤，不溶的杂质去除，然后它们之间恢复起来也是很快的，这样一些优点。

和锂电这块相比，储能用的锂电多一点的困难就是成本相比。目前全钒初始投资相对比较高，大概是3600到3800元每千瓦时，都是因为含土建，所以给的价格稍微高一点，不像有的给出来锂电池到0.3到0.4元，说2025年到1毛钱。这个是根据前面几年的技术发展预算出来的价格，实际上还是有一些提升空间的。锂电用于储能主要是磷酸铁锂，我们也把磷酸铁锂算了一下放在这里，简单的向大家展示出来。

目前最大的困难还是成本，也可以说是性价比。全钒液流电池经济性提升策略。

第一个是降低关键材料当中的最重要，占比最大的材料就是隔膜材料的成本，对于隔膜材料降成本，目前大家用的全钒液流电池，隔膜都是使用全氟防酸膜，它的价值占到40%以上。为了把它整个价格降下来，大家尝试主要是在非氟或者是半氟化的隔膜，分子试剂以及改性，方方面面的工作。这里我们也做了一些工作，这里展示的是聚酰亚胺的膜，对它进行了改性。当然这一类膜，从图里面可以看出来，水迁移以及钒离子的渗透率相对于全氟有比较大的改善。但是它的寿命这块，或者是化学稳定性这块与全氟的没有办法达到那样的情况。因此大家也还是进行了很多的隔膜尝试，目前有一些公司在做这块的隔膜，包括阴离子膜和阳离子膜。全氟是以阳离子为主做改性。

这个是我们自己做的一些工作，一些数据简单的展示（图），这还是属于实验室这类的，还没有做产业化。

除了隔膜这块，第二个策略，就是提升性能，降成本我们也要提性能，不能只管成本，不管性能。对于性能这块除了隔膜，我们也在电解液的研发方面花了比较大的功夫。目前已经示范做的电解液的浓度，我记得几年前，2014年到2018年这期间，大家尝试用的是1.5摩尔每升钒的溶液，现在有很多的公司可以直接提供1.7、1.8摩尔，很稳定的钒的溶液，因为钒这块有一些特点，正极随着温度升高，溶解度下降。负极随着温度降低，它的溶解度也是下降的，我们也开展了一些工作。

我们这里主要是针对高温的情况下，就是50度以上的时候，高稳定性的电解液的研究开展了一些工作，因为电解液作为活性物质，它的溶度提升不光可以把储液罐体积减少，更重要的是活性物质浓度提升之后，整个反应动力学上就会更快一些，整个性能的提升有比较大的效果。

除此之外，碳毡表面改性，电极表面的改性，原来算的成本大概是100毫安每平方厘米的电流密度充放这样算出来的。现在通过改性，得到了一些比较好的结果，原来实验室最高也就是180到200，目前通过改性之后，至少是300毫安平方厘米的电流密度，虽然有比较稍微低一点的电压效率，至少可以存放，原来是200毫安是瞬间的情况，如果把电密提升一倍，同样大小的电堆，功率就提升了一倍。比如说20千瓦的堆，如果你的电流密度提升一倍的话，20千瓦变成了40千瓦的堆了，整个成本就会下降了很多。

我记得是严老师在这里也做了很多的工作，他们原来在电极这块做了很多很好的工作。

除此之外，还对电堆的结构设计方面，也是提升了整个性能很重要的一个方面，电堆的反应，我们把结构放出来，打开和燃料电池很像，这就牵涉到电极上面能够利用的有效面积。所以这块也是大家进行的一些工作。

对于电池管理系统，其实相对来说当然它也有一个SOC的管控，相对于锂离子电池来讲是要简单很多，当然也还是会有一些工作在做，因为至少SOC，可能做锂电池DMS很多，但是在全钒液流DMS针对它做的很小，也是跟市场的状态相匹配。

总结：

锂离子电池有很多的优点，也是液流电池达不到的，它的市场有很大一块是液流不能去抢占的，当然液流也有很大的市场，可能也不是其他的电池能够弥补的，各自有各自比较合适的应用场景。对于液流这块，由于特点，我觉得应该说是相对长时的储能是比较好的，当然如果是更长时间的还有其他的液流电池可以去做补充。

针对全钒液流来讲，目前最大的困难就是初始的投资比较高，但是它也有它的优势，就是后期的维护费用相对比较低，电解液回收容易，因为电解液在整个系统占到30%左右，所以它的残值也还是比较高的，也会有它的一些应用场景，最重要的是安全性很高，经过市场的验证。

我的汇报到这里结束，谢谢大家！