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全钒液流电池，值得你了解
储能网讯：钒液流电池经过二十多年的发展，已经是一种比较成熟的储能技术了。其应用方向主要是新能源电场配套储能电站和电网的MWh级大规模储能电站。与锂电池相比，他们不是相互替代的关系。未来，随着越来越大的新能源接入电力系统，储能的需求会越来越大，全钒液流电池的主要竞争对手或是水力蓄能、压缩空气蓄能等大规模储能技术，以及其他技术体系的液流电池。
一、全钒液流电池概述
液流电池，是一种活性物质存在于液态电解质中的二次电池技术。电解液置于电堆外部，在循环泵的推动下流经电堆，并发生电化学反应，实现化学能与电能的转换，从而实现电能的存储与释放。目前主要的液流电池包括铁铬电池、锌溴电池及全钒电池等，其中全钒液流电池发展较快。
全钒液流电池主要由电堆系统、电源负载系统、电解液存储与供应系统等部分组成。电堆系统由电极、离子交换膜、双极板、板框PVC、电解液等组成。
不同价态的钒离子作为正、负极活性物质，分别装在两个大储液罐的溶液中，通过外接泵将电解液泵入到电池堆体内，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动；采用离子膜作为电池组的隔膜，电解液平行流过电极表面并发生电化学反应，将电解液中的化学能转化为电能，通过双极板收集和传导电流。
二、全钒液流电池特点
1、储能容量易调节规模。钒电池可以承受的功率和电极面积成正比，也就是和电堆的大小成正比。而电量的多少和电解液体积成正比，也就是和储能罐的大小成正比。因此液流电池的规模设计非常灵活：只要增加电堆的面积和电堆的数量，就可以增加输出功率；只要增加电解液的体积，就可以增加储能容量。
2、循环寿命长。电池反应时只是钒离子在不同价态间转换，没有其他的物相变化，理论上可以对其进行任意程度的、无限多次的充放电，平均充放电循环达到13000 次。考虑到系统中其他部件的寿命，能用20-30年从理论是没有问题的。
3、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。
4、在常温常压下工作，无潜在的爆炸或着火风险，安全性好。
5、全寿命周期的成本低，占电池成本较高的钒电池电解液回收率高。
6、能量密度低。只有15-40Wh/L，甚至不如铅酸电池，导致设备体积重量大，很难应用于移动电源。钒盐本身分子量较大，在水中的溶解度也有限。市场上的电解液通常用1.5-2mol/L的钒溶液，目前的世界纪录是3mol/L。
7、此外相对其他储能系统增加了管道、泵、阀等辅助部件，结构更为复杂，一定程度影响系统可靠性。
三、全钒液流电池的应用情况
根据统计数据，2020年我国储能方式中，抽水储能占比89.3%，电化学储能占比9.2%，电化学储能中，钒电池储能占比仅0.65%。
全球范围内全钒液流电池生产企业主要包括：日本的住友电工公司、大连融科储能技术发展有限公司、美国UniEnergy Technologies公司和奥地利Gildemeister公司。
中国在全钒液流电池领域应该来说是处于领先地位，目前已100%拥有全钒液流电池自主知识产权。据报道，大连融科的国际市场占有率达80%。
2013年，大连融科与大连化物所联合研制的全球最大规模的5MW/10MWh 全钒液流电池储能系统成功通过业主的验收，这是目前世界上第一套实际并网运行的5MW级大型工业储能装置，各项指标都处于国际领先水平。
2014年，大连融科与博世集团合作，在德国北部风场建造了250KW/1MWh全钒液流电池储能系统。并与美国UniEnergy Technologies公司合作，建造了美国首座兆瓦级全钒液流储能电池电站。
四、全钒液流电池的成本
成本是制约钒电池发展的核心原因。根据《储能产业研究白皮书》统计，全钒液流电池(钒电池)每千瓦投资成本在4500-6000元，而抽水储能的每千瓦投资成本在750~1200元、锂电池每千瓦成本在2000~3000元左右，高成本使得钒电池在储能领域的应用并不广泛。
五、储能技术多元化发展的政策支持
近十年来，产业政策一直在鼓励钒电池的发展，主要技术取得重要突破，产品日趋成熟， 目前 钒电池已经进入商业化初期，类似于2 014年的新能源汽车行业。
2021年7月，国家发改委和能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》，文件提出要坚持储能技术多元化，推动锂离子电池等相 对成熟新型储能技术成本持续下降和商业化规模应用，实现液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期。
据不完全统计2020年以来钒电池项目，装机量已经超过6GW，容量超过20GWH，按照《关于加快新型储能发展的指导意见》政策制定目标，2025年累计实现30GW装机量，目前看来，钒电池有望大幅超预期。
