新型儲能技術(shù)路線百花齊放，以兼容可再生能源并網(wǎng)為需求的4小時以上的長時儲能，正成為新型電力系統(tǒng)建設(shè)中的下一個風(fēng)口。這之中，液流電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度備受關(guān)注。

自20世紀(jì)90年代末以來，中南大學(xué)、大連化學(xué)物理研究所、清華大學(xué)、中科院沈陽金屬所等機(jī)構(gòu)陸續(xù)投身全釩液流電池的研發(fā)工作，攻克多項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)。

作為最早一批在國內(nèi)從事全釩液流電池領(lǐng)域研究的專家，劉素琴向21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者回顧了過去20年全釩液流電池技術(shù)在中國從無到有、從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的歷程。

在迎接市場需求快速膨脹的過程中，技術(shù)專家如何看待產(chǎn)業(yè)下一階段的發(fā)展方向？

全釩液流電池的國產(chǎn)化之路

上個世紀(jì)80年代，科學(xué)家首次提出了全釩液流電池。

2002年，在國家政策的推動下，攀鋼與中南大學(xué)合作釩電池研發(fā)，全釩液流電池開始進(jìn)入商業(yè)化探索。

“2002年，剛剛進(jìn)入液流電池領(lǐng)域進(jìn)行研究的時候，當(dāng)時行業(yè)真的還是挺冷的。”中南大學(xué)化工學(xué)院教授劉素琴在接受21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者專訪時回顧當(dāng)時的情景。

劉素琴告訴記者，“當(dāng)時，只是文獻(xiàn)上說有一種可能性，我們從中得到一個啟示。由于釩有不同的價態(tài)，正負(fù)極都用釩是可以做成電池，能夠充放電，但是我們當(dāng)時并不能從文獻(xiàn)上看到整個電池的結(jié)構(gòu)。”

因?yàn)橐毫麟姵氐慕Y(jié)構(gòu)和基本原理都和鋰電池不同，“研究過程中，走了很多的彎路，碰了很多的壁。”劉素琴感嘆。例如，液流電池的電解液絕不能夠在隔膜中互穿，否則就會變成自放電，所以僅是隔膜材料的確定就經(jīng)過了很多年的摸索。

“從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化，所有的材料都沒有現(xiàn)成的，都得自己去研發(fā)，市面上也找不到液流電池的配套元器件。工作量很大，進(jìn)度緩慢。”劉素琴回憶道。“像電極材料的原氈材料，原來我記得剛開始是拿的保溫氈，但是保溫氈厚薄很不均勻，要做很多工作進(jìn)行調(diào)整。”

“即使是在實(shí)驗(yàn)室的研究，它的投入也是要比常規(guī)電池的研究更昂貴，對經(jīng)費(fèi)的要求高一些。這樣的話，也會阻礙一部分人進(jìn)來做這個領(lǐng)域的研究。”現(xiàn)實(shí)的困難使得整個行業(yè)步履維艱，劉素琴回憶，“液流電池的隔膜在2002年的時候是12000多元一平方米，后來外部采購的價格也要1萬塊錢一平方米。”

除了電極、電解液、隔膜，還需要組成電池的整個系統(tǒng)。“在做電池到電堆的過程中，如果電堆結(jié)構(gòu)沒有很好的優(yōu)化，電池材料是發(fā)揮不了它最佳性能的。”劉素琴告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者。

從國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)進(jìn)展也可瞥見一角。2006年，中科院大連化學(xué)物理研究所研制出10kW電堆，2009年，北京普能收購了加拿大VRB power system公司，掌握全釩液流電池的核心專利權(quán)。直到2020年，大連、北京等地全釩液流電池儲能示范項(xiàng)目投入運(yùn)營，全釩液流電池的技術(shù)成熟度和規(guī)模化才開始日漸提高。

隨著規(guī)模效應(yīng)的浮現(xiàn)，材料降本也取得了一定的突破。不過，劉素琴還告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者，液流電池三大關(guān)鍵材料，電解液、電極和隔膜，在產(chǎn)業(yè)化過程中各自都存在技術(shù)瓶頸，比如，電解液能量密度低，高溫穩(wěn)定性差；電極中商業(yè)化碳?xì)植牧洗呋�活性低；隔膜的成本高，主要依靠國外進(jìn)口。

劉素琴介紹，目前其在技術(shù)路線上研發(fā)的目標(biāo)是，對添加劑進(jìn)行改性，制備高濃度高穩(wěn)定性電解液；開發(fā)活性催化劑材料，提高電堆功率密度；以及開發(fā)低成本、高質(zhì)子傳導(dǎo)高穩(wěn)定性隔膜，突破“卡脖子進(jìn)口隔膜技術(shù)”。

吉瓦級時代來了

2021年，劉素琴出任北京星辰新能科技有限公司（下稱“星辰新能”）首席科學(xué)家。談及與企業(yè)的合作，劉素琴直言不諱，其實(shí)大家都是一個共同的目標(biāo)，就是要推進(jìn)它的產(chǎn)業(yè)化。

21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者注意到，今年以來，液流電池正在走向“吉瓦級”時代。

2023年5月4日，星辰新能宣布其全釩液流吉瓦級工廠在常州武進(jìn)國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)落成，預(yù)計(jì)將于2023年8月投產(chǎn)第一期300MW量產(chǎn)線，并在同年12月建成第二期700MW量產(chǎn)線，未來最終總產(chǎn)能將達(dá)到3GW。

去年11月，中核匯能1GWh全釩液流電池儲能系統(tǒng)開標(biāo)。今年7月，國內(nèi)首個吉瓦級別的鋅鐵液流電池工廠即將全面投產(chǎn)，年產(chǎn)能將達(dá)6GWh。

融資方面，同樣是國內(nèi)最早一批推進(jìn)液流電池產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)大連融科，在短短一年多的時間里密集完成三輪融資。去年12月，安信證券公布了大連融科儲能集團(tuán)有限公司發(fā)布首次公開發(fā)行股票并上市輔導(dǎo)備案報(bào)告，預(yù)示該公司正式開啟沖擊IPO之路。從事鋅鐵液流電池技術(shù)路線的緯景儲能科技有限公司也在日前宣布完成A輪融資，融資金額超6億元。

“越來越多的企業(yè)參與到液流電池領(lǐng)域其實(shí)是好事。”某液流電池企業(yè)負(fù)責(zé)人告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者。

面對需求膨脹和產(chǎn)業(yè)化加速到來，劉素琴認(rèn)為，“實(shí)際上我覺得科學(xué)和技術(shù)是相輔相成的。原來沒有與產(chǎn)業(yè)接觸的時候，我們把重點(diǎn)放在解決科學(xué)的問題。而跟企業(yè)接觸之后，了解到產(chǎn)業(yè)方面的需求，就會將在實(shí)驗(yàn)室里對科學(xué)問題機(jī)理的研究與產(chǎn)業(yè)化中對技術(shù)難點(diǎn)的突破相結(jié)合。”

劉素琴認(rèn)為，液流電池在長時儲能領(lǐng)域迎來了很好的發(fā)展機(jī)遇；全釩液流儲能在技術(shù)上引領(lǐng)電化學(xué)液流儲能，是目前產(chǎn)業(yè)化最成功的液流技術(shù)路線；電解液成本已成為全釩液流儲能降本的關(guān)鍵，這也對其他液流儲能技術(shù)的發(fā)展起到了促進(jìn)作用。

(關(guān)鍵字：全釩液流電池 新型儲能 電極 電解液 隔膜)