中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2021年由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務(wù)廳、長(zhǎng)沙市人民政府、中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合主辦，100余家機(jī)構(gòu)共同支持的湖南（長(zhǎng)沙）電池博覽會(huì)暨首屆中國(guó)國(guó)際新型儲(chǔ)能技術(shù)及工程應(yīng)用大會(huì)在長(zhǎng)沙圣爵菲斯大酒店召開。此次大會(huì)主題是“新儲(chǔ)能、新動(dòng)力、新發(fā)展”。
會(huì)后，為了能讓參會(huì)代表有更深入的行業(yè)交流，小編經(jīng)過(guò)演講專家本人同意和審核，將演講專家的速記整理如下：
劉素琴：各位來(lái)賓，下午好！首先感謝主辦方給我這樣一個(gè)機(jī)會(huì)，站在這里，把我對(duì)儲(chǔ)能的一點(diǎn)比較粗淺的認(rèn)識(shí)，跟大家做一個(gè)分享。我來(lái)自中南大學(xué)，叫劉素琴，我演講的題目就是“液流儲(chǔ)能應(yīng)用前景與技術(shù)經(jīng)濟(jì)淺析”。
為什么是淺析？我來(lái)自學(xué)校，對(duì)技術(shù)研究得深一些，但是經(jīng)濟(jì)方面理解得比較淺，希望在經(jīng)濟(jì)方面能夠跟大家共同學(xué)習(xí)。
我的匯報(bào)內(nèi)容主要是，下面幾個(gè)方面：
1、簡(jiǎn)單的介紹一下液流電池特點(diǎn)與應(yīng)用場(chǎng)景
2、全釩液流電池技術(shù)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀
3、全釩液流電池的經(jīng)濟(jì)性的提升策略，也是比較簡(jiǎn)單的說(shuō)一下。
4、最后給一個(gè)結(jié)論。
今天上午聽了很多大咖講鋰離子電池和燃料電池。液流，不管是全釩也好，還是其他的液流電池，雖然說(shuō)做了好幾十年，但是目前還是一個(gè)比較小眾的東西。我先簡(jiǎn)單介紹一下。
全釩液流基本的原理就是利用不同價(jià)態(tài)的釩，氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能之間轉(zhuǎn)換。
整個(gè)電池系統(tǒng)和傳統(tǒng)的鋰離子電池不完全相同，和燃料電池有相似的地方。圖中間這塊藍(lán)色線條包圍的是電堆，電堆主要是一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所。兩邊我用紅的圈圈起來(lái)的，就是正極和負(fù)極的儲(chǔ)液罐，里面裝著電解質(zhì)。液流電池的電化學(xué)活性物質(zhì)是裝在兩個(gè)儲(chǔ)液罐里面的電解質(zhì)，讓它具有通過(guò)簡(jiǎn)單地增加電解液的量，包括體積和容量，可以延長(zhǎng)充放電時(shí)間。因此，這一類的電池特別適合于長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)能，和鋰電池相比。如果我的儲(chǔ)能時(shí)間長(zhǎng)，成本的下降比較明顯，相當(dāng)于只要增加電解液，電解液多一些就可以把中間的這個(gè)電堆的成本分?jǐn)傁氯ァ?
電堆，我在這里用藍(lán)線圈起來(lái)的這部分，主要是決定整個(gè)系統(tǒng)功率，從這里可以看出功率和容量可以靈活的調(diào)節(jié)，這是它的簡(jiǎn)單特點(diǎn)。
液流電池，除了全釩，還有很多種不同的液流電池的類型，如硫鐵、鋅溴、多硫化鈉/溴等等，中和儲(chǔ)能正在做硫鐵液流電池。液流電池的基本原理是類似的。
由這個(gè)圖是張老師很早的時(shí)候畫的一個(gè)圖，我借用一下。從這里可以看到，其實(shí)我們的化學(xué)電源有很多種，但是各種不同的化學(xué)電源實(shí)用的場(chǎng)景是不相同的。
（圖）液流是綠色的，主要適合于兆瓦級(jí)到百兆瓦級(jí)的儲(chǔ)存，時(shí)間方面是多少個(gè)小時(shí)之內(nèi)的。如果是短時(shí)的，像秒或者是分鐘這類的話，就是左下角的這一類。從這里可以看到液流電池最大的特點(diǎn)，就是我們剛剛講了容量和功率單位是分離的，設(shè)計(jì)得比較靈活，實(shí)用性比較廣。我認(rèn)為儲(chǔ)能發(fā)展稍稍沒有我們預(yù)想這么快的原因就是安全，液流這塊的安全性是很好的。從2014年開始有一些示范工程在做兆瓦級(jí)的，大概十兆瓦級(jí)的，到目前很安全，實(shí)驗(yàn)室甚至有人做過(guò)直接去點(diǎn)火。我想了一下安全性高的原因是正負(fù)極都是電解也，如果有東西把隔膜刺破，如果你完全充滿電，也就是二價(jià)釩和五價(jià)釩之間的自身氧化還原反應(yīng)，在這里頭放熱不是很厲害，不至于會(huì)起火，所以這塊是特別安全的。二個(gè)是穩(wěn)定性挺高的，循環(huán)壽命長(zhǎng)，均一性好，和其他的活性物質(zhì)在電極上面的全封閉的電池相比，它的均一性好，為什么？活性物質(zhì)是電解液，是液相的，整個(gè)液體在電堆里面反應(yīng)，均一性要比固態(tài)更容易調(diào)節(jié)均一性。這些特點(diǎn)就決定它既可以作為分散式的儲(chǔ)能，也可以做集中的大規(guī)模的儲(chǔ)能應(yīng)用。
應(yīng)用場(chǎng)景，前面也講了，我們可以看到從最小的太陽(yáng)能屋的儲(chǔ)能，到稍微大一點(diǎn)的就是辦公建筑的儲(chǔ)能，到更大的像風(fēng)能發(fā)電儲(chǔ)能以及分布式發(fā)電和微電網(wǎng)，還有可再生能源的并網(wǎng)，以及電網(wǎng)“削峰填谷”，這個(gè)是比較實(shí)用的場(chǎng)景。
可能大家會(huì)有疑惑，既然液流電池這么好，好像大家的認(rèn)知至少?zèng)]有鋰電池和燃料電池那么普及。我們做了鋰離子電池的對(duì)比，力量密度是低的，不如鋰離子電池，也決定了在電動(dòng)車那一塊可能不能和鋰離子電池競(jìng)爭(zhēng)，不太適用于這個(gè)。
但是它比較強(qiáng)的地方是長(zhǎng)壽命，安全性是特別好，和其他的有一些電池，與更加便宜的電池相比，很適合與深充深放的。如果用于儲(chǔ)能對(duì)于響應(yīng)速度快，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃里頭列了這個(gè)項(xiàng)目，我們也做了跟電網(wǎng)互相的響應(yīng)，到毫秒級(jí)，2個(gè)毫秒之內(nèi)，我們那個(gè)時(shí)候做的話是1.8個(gè)毫秒的響應(yīng)速度。所以響應(yīng)速度很快。
除此之外，對(duì)于使用后面的隱患是很少的，我們講其他的電池都面臨著回收的難題，對(duì)于全釩這塊它的回收電解液這塊全部都是釩，所以不需要很復(fù)雜的處理，只要過(guò)濾，不溶的雜質(zhì)去除，然后它們之間恢復(fù)起來(lái)也是很快的，這樣一些優(yōu)點(diǎn)。
和鋰電這塊相比，儲(chǔ)能用的鋰電多一點(diǎn)的困難就是成本相比。目前全釩初始投資相對(duì)比較高，大概是3600到3800元每千瓦時(shí)，都是因?yàn)楹两ǎ越o的價(jià)格稍微高一點(diǎn)，不像有的給出來(lái)鋰電池到0.3到0.4元，說(shuō)2025年到1毛錢。這個(gè)是根據(jù)前面幾年的技術(shù)發(fā)展預(yù)算出來(lái)的價(jià)格，實(shí)際上還是有一些提升空間的。鋰電用于儲(chǔ)能主要是磷酸鐵鋰，我們也把磷酸鐵鋰算了一下放在這里，簡(jiǎn)單的向大家展示出來(lái)。
目前最大的困難還是成本，也可以說(shuō)是性價(jià)比。全釩液流電池經(jīng)濟(jì)性提升策略。
第一個(gè)是降低關(guān)鍵材料當(dāng)中的最重要，占比最大的材料就是隔膜材料的成本，對(duì)于隔膜材料降成本，目前大家用的全釩液流電池，隔膜都是使用全氟防酸膜，它的價(jià)值占到40%以上。為了把它整個(gè)價(jià)格降下來(lái)，大家嘗試主要是在非氟或者是半氟化的隔膜，分子試劑以及改性，方方面面的工作。這里我們也做了一些工作，這里展示的是聚酰亞胺的膜，對(duì)它進(jìn)行了改性。當(dāng)然這一類膜，從圖里面可以看出來(lái)，水遷移以及釩離子的滲透率相對(duì)于全氟有比較大的改善。但是它的壽命這塊，或者是化學(xué)穩(wěn)定性這塊與全氟的沒有辦法達(dá)到那樣的情況。因此大家也還是進(jìn)行了很多的隔膜嘗試，目前有一些公司在做這塊的隔膜，包括陰離子膜和陽(yáng)離子膜。全氟是以陽(yáng)離子為主做改性。
這個(gè)是我們自己做的一些工作，一些數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單的展示（圖），這還是屬于實(shí)驗(yàn)室這類的，還沒有做產(chǎn)業(yè)化。
除了隔膜這塊，第二個(gè)策略，就是提升性能，降成本我們也要提性能，不能只管成本，不管性能。對(duì)于性能這塊除了隔膜，我們也在電解液的研發(fā)方面花了比較大的功夫。目前已經(jīng)示范做的電解液的濃度，我記得幾年前，2014年到2018年這期間，大家嘗試用的是1.5摩爾每升釩的溶液，現(xiàn)在有很多的公司可以直接提供1.7、1.8摩爾，很穩(wěn)定的釩的溶液，因?yàn)殁C這塊有一些特點(diǎn)，正極隨著溫度升高，溶解度下降。負(fù)極隨著溫度降低，它的溶解度也是下降的，我們也開展了一些工作。
我們這里主要是針對(duì)高溫的情況下，就是50度以上的時(shí)候，高穩(wěn)定性的電解液的研究開展了一些工作，因?yàn)殡娊庖鹤鳛榛钚晕镔|(zhì)，它的溶度提升不光可以把儲(chǔ)液罐體積減少，更重要的是活性物質(zhì)濃度提升之后，整個(gè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)上就會(huì)更快一些，整個(gè)性能的提升有比較大的效果。
除此之外，碳?xì)直砻娓男裕姌O表面的改性，原來(lái)算的成本大概是100毫安每平方厘米的電流密度充放這樣算出來(lái)的?，F(xiàn)在通過(guò)改性，得到了一些比較好的結(jié)果，原來(lái)實(shí)驗(yàn)室最高也就是180到200，目前通過(guò)改性之后，至少是300毫安平方厘米的電流密度，雖然有比較稍微低一點(diǎn)的電壓效率，至少可以存放，原來(lái)是200毫安是瞬間的情況，如果把電密提升一倍，同樣大小的電堆，功率就提升了一倍。比如說(shuō)20千瓦的堆，如果你的電流密度提升一倍的話，20千瓦變成了40千瓦的堆了，整個(gè)成本就會(huì)下降了很多。
我記得是嚴(yán)老師在這里也做了很多的工作，他們?cè)瓉?lái)在電極這塊做了很多很好的工作。
除此之外，還對(duì)電堆的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，也是提升了整個(gè)性能很重要的一個(gè)方面，電堆的反應(yīng)，我們把結(jié)構(gòu)放出來(lái)，打開和燃料電池很像，這就牽涉到電極上面能夠利用的有效面積。所以這塊也是大家進(jìn)行的一些工作。
對(duì)于電池管理系統(tǒng)，其實(shí)相對(duì)來(lái)說(shuō)當(dāng)然它也有一個(gè)SOC的管控，相對(duì)于鋰離子電池來(lái)講是要簡(jiǎn)單很多，當(dāng)然也還是會(huì)有一些工作在做，因?yàn)橹辽賁OC，可能做鋰電池DMS很多，但是在全釩液流DMS針對(duì)它做的很小，也是跟市場(chǎng)的狀態(tài)相匹配。
總結(jié)：
鋰離子電池有很多的優(yōu)點(diǎn)，也是液流電池達(dá)不到的，它的市場(chǎng)有很大一塊是液流不能去搶占的，當(dāng)然液流也有很大的市場(chǎng)，可能也不是其他的電池能夠彌補(bǔ)的，各自有各自比較合適的應(yīng)用場(chǎng)景。對(duì)于液流這塊，由于特點(diǎn)，我覺得應(yīng)該說(shuō)是相對(duì)長(zhǎng)時(shí)的儲(chǔ)能是比較好的，當(dāng)然如果是更長(zhǎng)時(shí)間的還有其他的液流電池可以去做補(bǔ)充。
針對(duì)全釩液流來(lái)講，目前最大的困難就是初始的投資比較高，但是它也有它的優(yōu)勢(shì)，就是后期的維護(hù)費(fèi)用相對(duì)比較低，電解液回收容易，因?yàn)殡娊庖涸谡麄€(gè)系統(tǒng)占到30%左右，所以它的殘值也還是比較高的，也會(huì)有它的一些應(yīng)用場(chǎng)景，最重要的是安全性很高，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)的驗(yàn)證。
我的匯報(bào)到這里結(jié)束，謝謝大家！
