（觀察者網(wǎng)訊）據(jù)《中國科學(xué)報(bào)》報(bào)道，近日大連化物所儲(chǔ)能技術(shù)研究部（DNL17）李先鋒研究員團(tuán)隊(duì)開發(fā)出70千瓦級(jí)高功率密度全釩液流電池單體電堆。

該單體電堆體積功率密度由目前的70kW/m3提高至130kW/m3，在體積保持不變的條件下，功率由30千瓦提高至70千瓦，成本較目前的30千瓦級(jí)電堆降低40%，有望助推全釩液流電池的商業(yè)化進(jìn)程。

據(jù)悉，李先鋒團(tuán)隊(duì)采用自主開發(fā)的新一代高選擇性可焊接多孔復(fù)合膜和可焊接高導(dǎo)電雙極板，設(shè)計(jì)出短流程、超薄電池結(jié)構(gòu)，并結(jié)合低流阻、高均勻分配流道結(jié)構(gòu)，研制出70千瓦級(jí)電堆。

經(jīng)測(cè)試，該電堆在70千瓦額定功率充放電條件下能量效率為81.0%；在60千瓦恒功率充放電條件下能量效率為82.1%。此外，該電堆連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行1200多個(gè)循環(huán)后，能量效率衰減率僅為1.7%。

報(bào)道指出，使用該電堆可將一個(gè)20尺（注：貨柜尺寸，內(nèi)部尺寸為長(zhǎng)5.898米、寬2.352米、高2.385米）的250千瓦儲(chǔ)能單元模塊升級(jí)為500千瓦儲(chǔ)能單元模塊，不僅功率單元體積大幅減少，還降低了系統(tǒng)配套設(shè)施的成本。

圖片來源：大連化物所

什么是全釩液流電池？

全釩液流電池是我國下一階段新能源儲(chǔ)能技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。這種電池與我們常見的鋰電池等電池不同，是一種以釩為活性物質(zhì)呈循環(huán)流動(dòng)液態(tài)的電池。其工作原理為使用外接泵把電解液壓入電堆體內(nèi)，在機(jī)械動(dòng)力作用下電解液在不同的儲(chǔ)液罐和半電池的閉合回路中循環(huán)流動(dòng)、流過電極表面并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，隨后雙電極板收集和傳導(dǎo)電流，從而使得儲(chǔ)存在溶液中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。簡(jiǎn)單來說就是依靠電解液流動(dòng)與電極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)能電能。

全釩液流電池結(jié)構(gòu) 圖片來源：開源證券

這樣的結(jié)構(gòu)意味著，全釩液流電池輸出功率取決于電堆的大小。如果釩離子液流電池要增加輸出功率，僅需增加電堆的數(shù)量；而如果要增加儲(chǔ)能容量，僅需增加電解液的體積。

全釩液流電池安裝靈活性很強(qiáng) 圖片來源：開源證券

為什么要發(fā)展全釩液流電池？

全釩液流電池是長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)（一般是指可以持續(xù)充放電4小時(shí)以上的儲(chǔ)能技術(shù)）的重要一環(huán)。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能側(cè)重于解決峰谷時(shí)期供需匹配等經(jīng)濟(jì)性問題，能夠提升新能源消納能力。眾所周知，新能源發(fā)電模式取代傳統(tǒng)發(fā)電模式最大的障礙當(dāng)屬其發(fā)電調(diào)峰能力弱，遇到發(fā)電能力和用電需求不匹配的情況時(shí)會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)不穩(wěn)定。

風(fēng)光發(fā)電等如遇到外部條件變化，會(huì)在短時(shí)間導(dǎo)致發(fā)電功率變化，造成包括：發(fā)電電壓的變化范圍過大、電壓短時(shí)間中斷、電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定甚至發(fā)電機(jī)、變電站等硬件毀壞等嚴(yán)重后果。

某地不同天氣光伏發(fā)電的秒-分鐘變化 圖片來源：國金證券

一般認(rèn)為，以風(fēng)光為代表的不穩(wěn)定新能源發(fā)電需要按照10%~30%的比例配備儲(chǔ)能設(shè)施。

近年來，多地已經(jīng)發(fā)出文件強(qiáng)制要求新能源發(fā)電設(shè)施強(qiáng)制按照一定比例配屬儲(chǔ)能設(shè)施。

2021年1月11日，寧夏自治區(qū)發(fā)改委發(fā)布征求《關(guān)于加快促進(jìn)自治區(qū)儲(chǔ)能健康有序發(fā)展的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》意見的函，強(qiáng)調(diào)“十四五”期間，儲(chǔ)能設(shè)施按照容量不低于新能源裝機(jī)的10%、連續(xù)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)2小時(shí)以上的原則逐年配置。

2月山東省印發(fā)了《2021年全省能源工作指導(dǎo)意見》，強(qiáng)調(diào)新能源場(chǎng)站原則上配置不低于10%儲(chǔ)能設(shè)施，并在之后發(fā)布了《關(guān)于開展儲(chǔ)能示范應(yīng)用的實(shí)施意見》。

2021年5月，國家能源局發(fā)布《關(guān)于2021年風(fēng)電、光伏發(fā)電開發(fā)建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)的通知》，提出在確保安全前提下，鼓勵(lì)有條件的戶用光伏項(xiàng)目配備儲(chǔ)能。

之后多地就強(qiáng)制儲(chǔ)能設(shè)施推進(jìn)都發(fā)布了相關(guān)規(guī)定。包括但不限于江蘇昆山市、浙江諸暨市、浙江金華、江蘇蘇州市、山東棗莊市、河北、河南等多省市自治區(qū)，都發(fā)布了分布式光伏配儲(chǔ)相關(guān)文件，配儲(chǔ)要求在裝機(jī)容量的8%~30%之間。

常見的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)包括：電化學(xué)儲(chǔ)能、重力儲(chǔ)能、氫能儲(chǔ)能等多種。而全釩液流電池作為電化學(xué)儲(chǔ)能的一種，雖然其能量密度明顯低于鋰電池、鈉電池等電池，但是全釩液流電池相比于其他主流電池也有安全性高、壽命長(zhǎng)、效率高、環(huán)境友好等特點(diǎn)。并且由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、釩電池安裝靈活、建設(shè)周期短，所以是大規(guī)模儲(chǔ)能的首選技術(shù)之一。

幾種電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)比 圖片來源：國信證券

此外，在2022年，國家能源局在《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求(2022 年版)(征求意見稿)》中出于安全考慮，提出中大型電化學(xué)儲(chǔ)能電站禁用三元鋰電池和鈉硫電池，這也進(jìn)一步刺激了全釩液流電池的發(fā)展。

全釩液流電池全面商用難點(diǎn)在哪？

目前發(fā)展全釩液流電池主要有如下問題：1）電池合適的工作溫區(qū)在5~40℃，相對(duì)較窄；2）能量密度低，體積較大；3）初始投資額高，根據(jù)國信證券報(bào)告，釩電池系統(tǒng)初始投資成本在2.1~7.5元/Wh，顯著高于磷酸鐵鋰電池（1.0~1.5元/Wh）。但根據(jù)銀河證券報(bào)告顯示，目前全釩液流電池初始單千瓦投資已經(jīng)達(dá)到約3000元，度電成本約0.68元，已接近鋰離子電池儲(chǔ)能。國網(wǎng)新疆研究院預(yù)計(jì)2030/2060年每千瓦投資降至2100元/1680元，度電成本降至0.42元/0.36元。

由于全釩液流電池壽命長(zhǎng)于鋰電池，長(zhǎng)期看，其全壽命成本可能會(huì)低于鋰電池儲(chǔ)能。

此次中科院化物所研制出的70千瓦級(jí)電堆，主要瞄準(zhǔn)的是全釩液流電池的第二個(gè)商用難點(diǎn)。此前一般認(rèn)為，全釩液流電池能量密度大約為15~50Wh/kg，遠(yuǎn)低于磷酸鐵鋰電池130~200Wh/kg和鈉硫電池100~250Wh/kg的能量密度。

該團(tuán)隊(duì)通過將全釩液流電池中的單一電堆體積功率密度由目前的70kW/m3提高至130kW/m3，可以通過縮小同功率電池體積大小的方式，顯著提升電池的整體能量密度。這樣將極大有利于全釩液流電池盡可能縮小與鋰電池等在能量密度上的差距，進(jìn)一步提高未來全釩液流電池的適裝性和適用性。

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