重磅突破!低成本液流電池儲能加速到來

　　中國科學院金屬研究所消息，該所李瑛研究員與唐奡研究員團隊，在新型低成本鐵基液流電池儲能技術研究領域取得新進展。研究人員以鐵負極氧化還原反應可逆性為切入點，通過電極界面缺陷設計和極性溶劑調控，成功實現了充放電過程中鐵單質在電極纖維表面的均勻沉積和溶解。

　　據悉，該研究結果為寬溫域全鐵液流電池技術產業化開發與應用推廣奠定了技術基礎。

　　長時儲能降本與產業化的關鍵突破點在哪?

　　目前，長時儲能技術主要包括機械儲能、電化學儲能和燃料儲能三種類型。機械儲能中的抽水蓄能和壓縮空氣儲能技術已經產業化，具有成熟、成本低、地域限制等優點。電化學儲能中的液流電池技術較成熟，具有技術成熟、成本較高等特點，目前正處于示范加產業化階段。燃料儲能技術則能夠實現跨季節儲能，但目前仍處于研發加示范階段。

　　盡管長時儲能技術在電力系統中的應用前景廣闊，但仍面臨一系列挑戰。南方科技大學碳中和能源研究院院長趙天壽指出，首先是地域限制問題，優質的儲能資源趨于飽和，而且建設周期長，環境影響評估審批緩慢。此外，技術挑戰也不容忽視，例如抽水蓄能和壓縮空氣儲能的效率較低，而液流電池的安全風險高，成本和壽命問題亟待解決。

　　液流電池儲能技術因其容量與功率解耦、高安全、時長靈活、擴容方便、資源自給率高、循環壽命長等優勢，被認為是理想的長時儲能技術。液流電池通過使用可流動的能量載體(如氫、甲醇、氨等燃料以及電解液)和相應的能量轉換裝置(如電解池、燃料電池、液流電池等)，實現了儲能時長的靈活性和規模化。

　　液流電池儲能技術的發展關鍵在于突破其關鍵科學問題。這包括跨尺度多子傳遞與電化學反應相互作用關系的復雜性。趙天壽介紹到，為了提高液流電池的電流密度和電解液利用率，需要構建熱質傳遞與電化學耦合理論，這是降低系統成本、推動產業化的關鍵。

　　低成本鐵基液流電池儲能技術獲突破

　　因此，研發低成本液流電池新體系新技術，是突破現階段液流電池產業化發展瓶頸的有效途徑。

　　前述兩位研究人員通過在電極界面進行金屬刻蝕處理，使得電極纖維表面富含缺陷結構，有效調控了Fe2+離子在電極界面的沉積反應成核特性，促進了鐵沉積反應均一性及氧化還原反應動力學，并利用理論計算和仿真分析揭示了Fe2+在碳缺陷處的雜化作用增強機制及鐵沉積過程演化規律。研究結果證明，電極界面優化設計可有效提升鐵負極性能，為實現全鐵液流電池高效穩定運行提供了新途徑。

　　此外，研究人員通過在溶液中引入極性溶劑，利用極性分子與氫鍵的相互作用，成功弱化了溶液的水合氫鍵網絡，將電解液凝固點有效降低到零下20攝氏度以下，且協同提升了鐵負極電化學可逆性，首次實現了全電池在零下20攝氏度的低溫條件下穩定運行100小時。

　　趙天壽表示，多尺度電極結構的設計和優化，以及流道結構的創新，為提高電池的能量效率和循環壽命做出了貢獻。此外，高電導率、高選擇性的液流電池隔膜的研發，以及高活性、高穩定性電極表面材料的探索，都為提升電池性能提供了可能。

　　2021年以前，液流電池尚處于零星的小規模示范性項目建設階段。2022年10月，隨著大連融科100MW/400MWh大型液流電池儲能電站項目投運，液流電池的商業化應用開始邁上新臺階;2022年11月，我國首次GWh液流電池儲能系統集采落地。2023年，第二次和第三次GWh液流電池儲能系統集采相繼完成。

　　這也意味著，液流電池儲能技術已經進入商業化發展的初期階段。國家層面的政策支持和產業空間的拓展，為液流電池的商業應用提供了良好的環境。同時，液流電池儲能系統成本的降低和性能的提升，也為大規模商業落地奠定了基礎。

　　隨著風光占比的不斷提高，電力系統對長時儲能技術的需求將更加迫切。液流電池儲能技術以其獨特的優勢，有望在未來的電力系統中發揮重要作用。為了實現大規模商業應用，需要持續推動新技術的工程化應用，完善產業鏈，并解決技術挑戰，以滿足新型電力系統對儲能的所有要求。

　　來源：維科網儲能