储能技术新路线---液流电池

液流电池是一种新的电化学储能技术。它将正负极电解液分开，并各自循环的一种高性能蓄电池。根据电解液的不同，液流电池可以分为：全钒液流电池、锌溴液流电池、多硫化钠/溴液流电池、锌/镍液流电池等。

     液流电池是一种新的电化学储能技术。它将正负极电解液分开，并各自循环的一种高性能蓄电池。

1、液流电池组成 液流电池由电池单元、电解液、电解液存储供给单元等部分构成，如图1所示。图1 液流电池组成和结构
2、液流电池工作原理液流电池的正极和负极电解质溶液储存于电池外部的储罐中，通过泵和管路输送到电池内部， 通过正、负极电解质溶液活性物质发生可逆氧化还原反应，实现电能和化学能的相互转化。

这里以全钒液流电池为例，钒化学性质活跃，呈现多种价态，钒液流电池以钒离子的不同价态的溶液为电解液，使其在正负极板上发生可逆反应，完成充电、放电和再充电过程。电池充电后，正极物质为V5+离子溶液，负极为V2+离子溶液；电池放电后，正、负极分别为V4+和V3+离子溶液。

2.1 液流电池充电（储能）充电时，正极发生氧化反应活性物质价态升高，负极发生还原反应活性物质价态降低，如图2所示。  图2 液流电池放电过程

2.2 液流电池放电（释能）放电时，正极活性物质价态降低，负极活性物质价态升高，液流电池释放出它所储存的能力，如图3所示。    图3 液流电池放电过程
3、液流电池特点功率和容量相互独立，输出功率由电池模块的大小和数量决定，储能容量由电解液的浓度和体积决定，功率与容量的独立设计；
能量转化效率高，启动速度快；
具有很强的过载能力和深度放电能力。

全钒液流储能电池原理图解

中钠储能技术有限公司

全钒液流储能电池是一种新型、高效的电化学储能装置。由原理图可以看出，电解质溶液（储能介质）存储在电池外部的电解液储罐中，电池内部正负极之间由离子交换膜分隔成彼此相互独立的两室（正极侧与负极侧），电池工作时正负极电解液由各自的送液泵强制通过各自反应室循环流动，参与电化学反应。充电时电池外接电源，将电能转化为化学能，储存在电解质溶液中；放电时电池外接负载，将储存在电解质溶液中的化学能转化为电能，供负载使用。

充电时正极：VO2++H2O→VO2++2H++e- 充电时负极：V3++ e-→V2+ 放电时正极：VO2++2H++e-→VO2++H2O放电时负极：V2+→V3++ e-

全钒液流电池正极电解液电对为VO2+/VO2+，其中VO2+易水解形成V2O5沉淀，且溶度积很小，会造成电池不可逆，所以维持电解液中V（V）稳定性非常重要。但当温度达到40℃以上时V（V）及酸浓度较低时仍会形成V2O5的水合物结晶析出。VO2+在硫酸中有饱和溶解度，目前商用钒电解液浓度在1.5~1.8mol/L，温度范围在-5~40℃，因此在配置钒电解液时要注意温度和硫酸浓度控制。

电解液负极为V3+/V2+，两种离子都具有强还原性，V2+暴露在空气中会立即被氧化，因此负极电解液需要密封或用惰性气体保护。V3+/V2+溶解度随着温度和硫酸浓度的变化与VO2+相同，且相同温度和硫酸浓度情况下V3+/V2+的稳定性要低，因此在低温充电状态下V3+析出也是钒电池需要解决的问题。

正极电解液在低温下更稳定，负极电解液在高温下更稳定。

液流电池正成为主流的新型储能技术

在众多储能电池中，液流电池是一种越来越受到人们关注的新型储能系统，被广泛研究认为是现阶段发展前景最大的储能技术之一。相比于其他储能系统，液流储能电池具有更多在技术上的优势。主要有以下优点：

ꔷ极安全：不燃不爆，适应各种工作环境ꔷ经济性：全生命周期的度电成本友好ꔷ服务寿命长：万次以上的充放电循环ꔷ灵活性：极易部署，按需配置，在线升级ꔷ大容量：轻松满足兆瓦级电力应用场景

液流电池工作原理

液流电池作为电化学储能技术之一，最早由L.H.Thaller在1974年提出。该电池技术将阴阳极电解液分别通过管路推入电堆中，通过活性元素的价态变化，在电能和化学能之间产生转换来实现充放电。与其他传统离子蓄电池不同的地方是，液流电池属于一种活性化学物质，储存在液态化电解液中的二次储能电池处理技术，不仅电池结构上存在差异，而且正、负极电解液中是储存能量的。

液流电池工作原理图

液流电池电堆中的单元电池通常由紧固件、端板、集流板、电极框、双极板、电极和离子传导膜组成，电堆则是由若干个单元电池串联起来通过压滤机的叠合方式装配而成。

液流电池电堆

目前典型的液流电池分类

液流电池种类较多，有锌铁液流电池、全钒液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池、多硫化钠—溴液流电池等。

储能行业目前正处于一个前所未有的机遇与挑战并存的关键时期，作为全球能源改革的重要支撑技术，已经成为各国能源可持续发展的重要战略。液流电池作为电化学储能之一，因其具有高安全性、长循环寿命、环保经济、高性价比、快速响应、设计安装灵活等优势，逐渐成为新型储能技术的优选，已经有越来越多的液流电池项目进入到大规模示范和应用阶段。

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