新型儲(chǔ)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(shí)以上的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，正成為新型電力系統(tǒng)建設(shè)中的下一個(gè)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(lái)，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(yáng)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(guó)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(guò)去20年全釩液流電池技術(shù)在中國(guó)從無(wú)到有、從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的歷程。

在迎接市場(chǎng)需求快速膨脹的過(guò)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(guó)產(chǎn)化之路

上個(gè)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(guó)家政策的推動(dòng)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(shí)候，當(dāng)時(shí)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(shí)回顧當(dāng)時(shí)的情景。

劉素琴告訴記者，“當(dāng)時(shí)，只是文獻(xiàn)上說(shuō)有一種可能性，我們從中得到一個(gè)啟示。由于釩有不同的價(jià)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(shí)并不能從文獻(xiàn)上看到整個(gè)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(guò)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(huì)變成自放電，所以僅是隔膜材料的確定就經(jīng)過(guò)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(méi)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(lái)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(duì)經(jīng)費(fèi)的要求高一些。這樣的話，也會(huì)阻礙一部分人進(jìn)來(lái)做這個(gè)領(lǐng)域的研究。”現(xiàn)實(shí)的困難使得整個(gè)行業(yè)步履維艱，劉素琴回憶，“液流電池的隔膜在2002年的時(shí)候是12000多元一平方米，后來(lái)外部采購(gòu)的價(jià)格也要1萬(wàn)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(gè)系統(tǒng)。“在做電池到電堆的過(guò)程中，如果電堆結(jié)構(gòu)沒(méi)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(guó)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(gòu)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(chǔ)能示范項(xiàng)目投入運(yùn)營(yíng)，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(guò)，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(guò)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�?guó)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(duì)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(jí)時(shí)代來(lái)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(gè)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(lái)，液流電池正在走向“吉瓦級(jí)”時(shí)代。

2023年5月4日，星辰新能宣布其全釩液流吉瓦級(jí)工廠在常州武進(jìn)國(guó)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(lái)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(chǔ)能系統(tǒng)開標(biāo)。今年7月，國(guó)內(nèi)首個(gè)吉瓦級(jí)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(guó)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(shí)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(chǔ)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(chǔ)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(lái)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(duì)需求膨脹和產(chǎn)業(yè)化加速到來(lái)，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(lái)沒(méi)有與產(chǎn)業(yè)接觸的時(shí)候，我們把重點(diǎn)放在解決科學(xué)的問(wèn)題。而跟企業(yè)接觸之后，了解到產(chǎn)業(yè)方面的需求，就會(huì)將在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)科學(xué)問(wèn)題機(jī)理的研究與產(chǎn)業(yè)化中對(duì)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能領(lǐng)域迎來(lái)了很好的發(fā)展機(jī)遇；全釩液流儲(chǔ)能在技術(shù)上引領(lǐng)電化學(xué)液流儲(chǔ)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(chǔ)能降本的關(guān)鍵，這也對(duì)其他液流儲(chǔ)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(chǔ)能 電極 電解液 隔膜)