中國儲能網(wǎng)訊：液流電池一種新型電化學儲能技術，是一種新型蓄電池，是一種利用某些元素（通常是金屬）氧化態(tài)的能量差來儲存或釋放能量的電化學轉換裝置。液流電池通過正、負極電解質溶液活性物質發(fā)生可逆氧化還原反應（即價態(tài)的可逆變化）實現(xiàn)電能和化學能的相互轉化。充電時，正極發(fā)生氧化反應使活性物質價態(tài)升高，負極發(fā)生還原反應使活性物質價態(tài)降低，放電過程與之相反。與一般固態(tài)電池不同的是，液流電池的正極和（或）負極電解質溶液儲存于電池外部的儲罐中，通過泵和管路輸送到電池內(nèi)部進行反應。
液流電池具有容量高、使用領域（環(huán)境）廣、循環(huán)使用壽命長的特點，是一種新能源產(chǎn)品。液流電池最顯著特點是規(guī)模化蓄電，在廣泛利用可再生能源的呼聲高漲形勢下，可以預見，液流電池將迎來一個快速發(fā)展的時期。液流電池。不同類別的液流電池具有不同的化學成分，包括最常用的釩，以及不太常用的鋅-溴、多硫化物-溴、鐵-鉻和鐵-鐵等。
1、 鐵鉻液流電池
鐵鉻液流電池是最早提出的液流電池技術。目前，鐵鉻液流電池還存在一些技術問題，如：
- 負極的析氫問題降低了電池的能效；
- 正負極交叉污染會降低電池容量和效率，導致所用離子傳導膜需要高選擇- 性，目前進口全氟磺酸膜成本較高；
- 鉻的氧化還原性能較差，電池的最佳工作溫度較高。
2、全釩液流電池
全釩液流電池是目前商業(yè)化程度最高、技術最成熟的液流電池技術。具有能量效率高、循環(huán)壽命長、功率密度高等特點，適用于大中型儲能場景。但對于全釩液流電池而言，釩電解液成本約占電池成本的60%，大大提高了初期投資門檻。
3、鋅溴液流電池
鋅溴液流電池正極采用Br-/Br2電對，負極采用Zn2+/Zn電對。當陰極充電時，Br-被氧化成Br2單質，Br2單質會與溶液中的有關物質結合，沉降在電解液底部。因此，鋅溴液流電池是單沉積液流電池。鋅溴液流電池是除全釩液流電池外更成功商業(yè)化的液流電池技術。
在應用方面，由于其模塊化設計優(yōu)良、成本低、安全性高等特點，早期鋅溴液流電池更多用于用戶側套利和提高供電穩(wěn)定性，使用規(guī)模較小。近年來，可再生能源的快速發(fā)展帶動了鋅溴液流電池在發(fā)電側和電網(wǎng)側的大規(guī)模應用。
4、鋅鐵液流電池
1981年提出了堿性鋅鐵液流電池，隨后提出了中性和酸性鋅鐵液流電池，但后兩者均未達到工程應用水平。堿性鋅鐵液流電池具有較高的開路電壓，與多孔膜和多孔電極結合可以在高電流密度下長時間循環(huán)。酸性鋅鐵液流電池充分利用了鐵離子在酸性介質中溶解度高、電化學性能穩(wěn)定等優(yōu)點，但正極側受pH值影響較大。
中性鋅鐵液流電池以其無毒無害、環(huán)境溫和等特點逐漸受到關注。與多孔膜結合可以有效降低電池成本。無論何種鋅鐵液流電池，正極側都存在鋅枝晶，表面容量有限，這已成為鋅鐵液流電池產(chǎn)業(yè)化必須考慮的問題。
技術上，鋅鐵液流電池與其他沉積電池和鋅電池一樣，面臨著鋅枝晶與功率和容量不能完全脫鉤，負極表面容量低等問題。同時，鋅鐵液流電池作為一種較新型的液流電池，其離子導電膜等相關部件的產(chǎn)業(yè)鏈尚不成熟，極大地制約了其商業(yè)化推廣應用。
5、鋅鎳單液流電池
鋅鎳單體液流電池結合了鋅鎳二次電池和液流電池的優(yōu)點。與鋅溴單液流電池的結構類似，鋅鎳單液流電池正負極使用相同的電解液，不需要離子交換膜，結構簡單。
在應用方面，鋅鎳液流電池還處于商業(yè)示范階段。處于實驗室階段的鋅鎳液流電池綜合性能較好，也進行了初步的應用示范。但由于鎳價快速上漲，鋅鎳單液流電池的價格競爭力迅速減弱，技術開發(fā)和部署處于相對停滯階段。
在技術層面，對于電池的短路以及鋅枝晶和積累導致的電池壽命的降低還有待進一步研究。鋅鎳單液流電池正負極面積容量低，功率和容量不能完全脫鉤，電池正極需要高成本的燒結鎳來保證長壽命的問題有待解決。
6、全鐵液流電池
與釩相比，鐵的效用更高，成本更低。全鐵液流電池分為酸性和堿性體系，酸性全鐵液流電池商業(yè)化發(fā)展相對成熟。
全鐵液流電池的技術問題主要在于與鐵鉻液流電池相似的負極析氫反應以及需要抑制氫氧化鐵析出物的形成。
這些問題會大大降低電池的運行效率，降低電池容量，并有堵塞離子導電膜的風險。國內(nèi)關于該液流電池體系的研究和商業(yè)化開發(fā)的報道較少。
7、高性能鋅基液流電池
此外，2022年，基于對碘的氧化還原反應機理的深入理解，研究人員提出了基于聚碘絡合物的碘正極溶液。有效釋放了碘正極的容量，實現(xiàn)了鋅碘液流電池的高能長循環(huán)運行。
改進后的鋅碘液流電池放電容量顯著提升58%，能以70%的能量效率穩(wěn)定循環(huán)600次，為高性能鋅碘液流電池的發(fā)展提供了新途徑.
8、鋅空氣液流電池
鋅空氣液流電池在充電過程中，陰極發(fā)生析氧反應，鋅離子以金屬鋅的形式沉積在金屬陽極上。在放電過程中，陰極發(fā)生氧還原反應，陽極上的鋅溶解并以鋅離子的狀態(tài)儲存在電解液中。
從技術上講，鋅空氣液流電池與大多數(shù)其他鋅液流電池一樣，也面臨著鋅枝晶的問題。同時也面臨著電流密度低，析氧和氧還原雙效催化劑開發(fā)不完全等問題。
結論
長期來看，全釩液流電池將在儲能方向替代鋰電池。全釩液流電池是目前應用最廣泛的液流電池技術，具有適合大規(guī)模儲能、能量轉換效率高、循環(huán)壽命長、充電方便等優(yōu)點。而且電池系統(tǒng)的功率和容量相互獨立，適用于大規(guī)模儲能場景。同時，全釩液流電池充放電性能好，能量轉換效率高。從下游應用場景來看，液流電池的價值主要應用于電網(wǎng)調峰、應急發(fā)電裝置、電動汽車電源等領域。
在政策層面，隨著我國雙碳目標的確立，能源結構調整不斷加快，新能源發(fā)電裝機容量不斷增加，儲能需求也隨之快速增加。國家陸續(xù)出臺了一系列鼓勵新型儲能技術發(fā)展的政策，這將極大推動全釩液流電池在儲能領域的快速發(fā)展。
