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液流電池：大規(guī)模高效儲(chǔ)能首選技術(shù)之一

20世紀(jì)80年代，我國(guó)開(kāi)始進(jìn)行液流儲(chǔ)能電池的基礎(chǔ)研究工作。從2000年開(kāi)始，以中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所為代表的研究單位大舉進(jìn)入液流電池研究領(lǐng)域，使得中國(guó)液流儲(chǔ)能電池技術(shù)進(jìn)入了發(fā)展的“快車道”。

國(guó)際上液流電池代表品種主要有3種，即鋅溴電池、多硫化鈉/溴電池及全釩電池(VRB)。

據(jù)中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理所研究員、大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司副總經(jīng)理兼總工程師張華民介紹，鋅/溴液流電池具有較高的能量密度(可以達(dá)到70Wh/kg)，且材料成本較低，但目前循環(huán)壽命較短，且溴具有毒性和腐蝕性，不適合大規(guī)模儲(chǔ)能使用。多硫化鈉/溴電池也具有材料成本低的優(yōu)點(diǎn)，但由于正負(fù)極電解液互串引起的容量和性能衰減以及溴的毒性和腐蝕性等問(wèn)題難以解決，目前國(guó)內(nèi)外多硫化鈉/溴體系液流儲(chǔ)能電池的規(guī)模放大工作處于停滯狀態(tài)。

在張華民看來(lái)，全釩液流儲(chǔ)能電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、蓄電容量大、選址自由、可深度放電、系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活、安全環(huán)保、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，特別是充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)是其他任何電池?zé)o法比擬的。“在風(fēng)能發(fā)電并網(wǎng)等規(guī)模儲(chǔ)能場(chǎng)合具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是大規(guī)模高效儲(chǔ)能技術(shù)的首選技術(shù)之一。”張華民強(qiáng)調(diào)。

釩電池中電能以化學(xué)能的方式存儲(chǔ)在不同價(jià)態(tài)釩離子的硫酸電解液中。釩電池通過(guò)更換電池模塊，電解液和儲(chǔ)能罐可以反復(fù)使用，預(yù)計(jì)壽命可以達(dá)到15年以上。同時(shí)，釩電池的充放電效率約為75%。“電池的輸出響應(yīng)很快，可以在幾個(gè)毫秒內(nèi)完成從零功率到滿功率輸出。”張華民指出。

2008年，大連化物所與大連博融產(chǎn)業(yè)投資有限公司合作成立大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司，專門從事液流儲(chǔ)能電池工程化和產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)。目前在全釩液流儲(chǔ)能電池關(guān)鍵材料、系統(tǒng)集成、測(cè)試方法及應(yīng)用示范等方面取得一系列進(jìn)展。

首先，融科儲(chǔ)能公司已掌握了百千瓦級(jí)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成技術(shù)。建成年產(chǎn)能300MWh的全釩液流儲(chǔ)能電池電解液生產(chǎn)線和產(chǎn)能100MW的雙極板生產(chǎn)線，開(kāi)發(fā)出輸出功率為22kW的電池單模塊，集成出輸出功率為260kW、儲(chǔ)能容量為1MW的電池系統(tǒng)。

其次，在決定電池性能和成本的核心組件離子交換膜材料方面，融科儲(chǔ)能公司在國(guó)際上率先開(kāi)發(fā)出高離子選擇性、低成本的離子交換膜。“解決了全釩液流儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)化的瓶頸，率先實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料和核心部件的全國(guó)產(chǎn)化。”張華民說(shuō)。

另外，通過(guò)壽命加速試驗(yàn)對(duì)自主研發(fā)的2kW全釩液流儲(chǔ)能電池耐久性進(jìn)行考察。自2007年7月6日開(kāi)始運(yùn)行以來(lái)，已無(wú)故障、連續(xù)運(yùn)行1100多天，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間近2.8萬(wàn)小時(shí)，實(shí)現(xiàn)充/放電循環(huán)8100多次，目前仍在繼續(xù)運(yùn)行。

與此同時(shí)，2009年7月張華民團(tuán)隊(duì)還在西藏自治區(qū)成功安裝一套“太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)與5kW/50kWh液流儲(chǔ)能電池聯(lián)合供電系統(tǒng)”，進(jìn)行示范應(yīng)用。該系統(tǒng)已無(wú)人值守,平穩(wěn)運(yùn)行1年多，穩(wěn)定性得到充分驗(yàn)證。

“全釩液流儲(chǔ)能電池優(yōu)異的可靠性與穩(wěn)定性為其工程化和產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。”張華民說(shuō)。