[科普中国]-液流电池

电化学液流电池一般称为氧化还原液流电池，是一种新型的大型电化学储能装置，正负极全使用钒盐溶液的称为全钒液流电池，简称钒电池，其荷电状态 100%时电池的开路电压可达 1.5 V。

概述液流电池是由Thaller（NASA Lewis Research Center, Cleveland, United States ）于1974年提出的一种电化学储能技术。液流储能电池系统由电堆单元、电解质溶液及电解质溶液储供单元、控制管理单元等部分组成。液流电池系统的核心是由电堆和（电堆是由数十节进行氧化-还原反应）和实现充、放电过程的单电池按特定要求串联而成的，结构与燃料电池电堆相似。1

工作原理液流电池一种新的蓄电池，液流电池是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，具有容量高、使用领域（环境）广、循环使用寿命长的特点，是目前的一种新能源产品。氧化还原液流电池是一种正在积极研制开发的新型大容量电化学储能装置，它不同于通常使用固体材料电极或气体电极的电池，其活性物质是流动的电解质溶液，它最显著特点是规模化蓄电，在广泛利用可再生能源的呼声高涨形势下，可以预见，液流电池将迎来一个快速发展的时期。

目前，液流电池普遍应用的条件尚不具备，对许多问题尚需进行深入的研究。 循环伏安测试表明：石墨毡具有良好导电性、机械均一性、电化学活性、耐酸且耐强氧化性，是一种较好的电极材料，与石墨棒和各种粉体材料相比，更适合用于液流电池的研究和应用。论文对采用的石墨毡电极分别进行了未处理、热处理、酸热处理。借助于扫描电镜，观察了三种处理方式的石墨毡表面形貌的差异，热处理和酸热处理能除去石墨毡表面的杂质和影响电化学反应的污染物，使石墨毡表面干净平整，石墨毡的表面状况得到明显改善。交流阻抗实验表明，与未处理石墨毡相比，经过热处理、酸热处理石墨毡的电阻明显减小，证实了活化处理对石墨毡表面状况的改善，使石墨毡材料得到改性，降低了电阻，增强了电化学活性。1

主要材料全钒液流电池是一种新型蓄电储能设备，不仅可以用作太阳能、风能发电过程配套的储能装置，还可以用于电网调峰，提高电网稳定性，保障电网安全。

锌溴电池属于液流储能电池的一种。根据活性物质不同，研究较多的液流电池有锌溴电池、多硫化钠/溴电池及全钒液流电池三种。当前国内有少数几家公司在做该项技术的研发。

锌溴电池在造价上具有与生俱来的优势，因为从储能电池的普遍成本看，电解液成本占到总成本的30%，所以电解液成分的价格在很大程度上决定了电池的整体造价。而锌溴电池的电解液成分为锌和溴，其中锌是一种很常见的金属，容易大量获取而且价格较低，而另一种成分溴更是常见，甚至在污水中就能提取。这个先天性的特质决定了锌溴电池在成本方面具有的优势。2

特点与其它储能电池相比，全钒液流电池有以下特点：①电池的输出功率取决于电堆的大小和数量，储能容量取决于电解液容量和浓度，因此它的设计非常灵活，要增加输出功率，只要增加电堆的面积和电堆的数量，要增加储能容量，只要增加电解液的体积；②全钒液流电池的活性物质为溶解于水溶液的不同价态的钒离子，在全钒液流电池充、放电过程中，仅离子价态发生变化，不发生相变化反应，充放电应答速度快；③电解质金属离子只有钒离子一种，不会发生正、负电解液活性物质相互交叉污染的问题，电池使用寿命长，电解质溶液容易再生循环使用；④充、放电性能好，可深度放电而不损坏电池，自放电低。在系统处于关闭模式时，储罐中的电解液无自放电现象；⑤液流电池选址自由度大，系统可全自动封闭运行，无污染，维护简单，操作成本低。⑥电解质溶液为水溶液，电池系统无潜在的爆炸或着火危险，安全性高；⑦电池部件多为廉价的炭材料、工程塑料，材料来源丰富，且在回收过程中不会产生污染，环境友好；⑧能量效率高，可达70%，性价比好；⑨启动速度快，如果电堆里充满电解液可在2 min内启动，在运行过程中充放电状态切换只需要0.02 s；⑩可实时、准确监控电池系统荷电状态（SOC），有利于电网进行管理、调度。

全钒液流电池适用于调峰电源系统、大规模光伏电源系统、风能发电系统的储能以及不间断电源或应急电源系统。目前国内外全钒液流电池的主要生产企业有大连融科储能公司（Rongke Power）、日本住友电气工业公司（Sumitomo Electric Industries）和北京普能公司。2

建设原则液流电池是可再充电的燃料电池，其中包含一种或多种溶解的电活性元素的电解质流过电化学电池，该化学电池将化学能直接可逆地转换成电（电活性元素是“可以参与电极反应的溶液中的元素”可以吸附在电极上“）。额外的电解质通常储存在外部，通常储存在容器中，并且通常通过反应器的电池（或多个电池）泵送，尽管重力供给系统也是已知的。通过更换电解质液体（以与内燃机的燃料箱相似的方式），同时回收用于重新通电的废料，液流电池可以被快速“再充电”。

换句话说，液流电池就像电化学电池一样，除了离子溶液（电解质）不储存在电极周围的电池中。而是，离子溶液被储存在电池外部，并且可以被供给到电池中以便发电。可以产生的总电量取决于储罐的大小。

液流电池受电化学工程设计原则的制约。2

优点和缺点氧化还原液流电池和较小程度的混合液流电池具有布局灵活（由于功率和能量成分分离）的优点，循环寿命长（因为没有固体 - 固体相变），反应快次，不需要“均衡”充电（电池的过度充电，以确保所有的电池单元具有相同的电荷）并且不会产生有害的发射。某些类型还提供简单的充电状态确定（通过电压依赖于充电），低维护和容错过度充电/过度放电。与诸如锂离子，RFB和ARFB的固态可充电电池相比，可以在更高的电流和功率密度下工作。这些技术优点使氧化还原液流电池成为大规模储能的理想选择。

不利的一面是，能量密度相差很大，但与一般便携式电池（如锂离子电池）相比，通常较低。

而且，与使用类似电解化学品的不可逆燃料电池或电解池相比，液流电池通常具有稍低的效率。2

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学