全钒液流电池储能技术
马丽敏
清华大学/新材料
随着人们生活水平提高，对能源的需求不断增加，传统能源面临着污染严重、终会枯竭的窘境，新型清洁能源将逐渐成为主角，如风能、太阳能、生物质、潮汐和水力发电，目前已占据我国电力装机的三分之一。在持续研发推动下，可再生能源发展保持强劲势头。但是，这些清洁能源受环境影响很大，电力输出不稳定，对电网容易造成冲击。应运而生的储能技术，其重要性逐步凸显，成为支撑新能源产业发展的战略性技术。
据美国能源部全球储能数据库2016年8月16日的更新数据显示，全球累计运行的储能项目装机规模167.24吉瓦，其中抽水蓄能占比最大，约占全球的96%，主要分布在中国、日本和美国。储热技术在装机量上排名第二。电化学储能则是全球发展最为迅速，增速最快，也是在运项目数最多的技术。亚洲在抽水蓄能上发展更为成熟，欧洲则在另外几种储能技术上发展优势更为明显，美国的各类型储能技术发展则相对均衡。
由国家发改委能源局发布的《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》，明确将全钒液流电池技术开发列为创新行动的优先发展方向。我校化工系王保国教授团队先后承担国家863、973项目，自2005年以来，逐步建立了完整的研发平台，配套了系列分析测试手段，具备开展产业化发展大容量储能装备的技术条件，形成了完整的技术链条。
液流电池特点可描述为：
规模大：全钒液流电池的输出功率和储能容量彼此独立。通过改变储槽中电解液体积，能够满足大规模蓄电储能的需求；通过调整电堆中单电池的串联数量和电极面积，能够满足额定放电功率要求。已成功开发输出功率为5kw、15kw两种规格的电堆，研制储能容量100kWh的蓄电储能样机和全自动监控设备。
寿命长：充电/放电过程仅改变钒离子状态，没有外界离子参与电化学反应，电极只起转移电子的作用，本身不参与电化学反应，理论上可以进行无限次任意程度的充放电循环。开发的5kw、15kw电堆经长期连续充电/放电循环测试，能量效率与内阻性能稳定，预计使用寿命可达10-15年。
效率高：由于正负半电池电解液中的活性物质分别储存在不同的储槽中，完全避免电解液保存过程的自放电消耗。所开发的5kw电堆能量效率高于75%，15kw电堆能量效率高于70%。
成本低：研究开发了具有自主知识技术产权的电池关键材料，包括年产30,000m²钒电池专用质子传导膜生产线，年产110MWh的电解液专用生产线，大幅度降低储能系统成本。
安全可靠：电池以室温附近水溶液作为基础电解液，无 “燃烧”“爆炸”危险。
上述技术由18项专利覆盖。 依托液流电池储能装备，可以调控新能源并网过程，减小电力输出的随机性、不连续性，进行计划发电；或采用可再生能源孤岛模式，组成分布式微型电网，将风力、太阳能发出的电储存起来，随时供给用户。
电化学储能技术不仅能提高新能源接纳能力，还能实现节能减排，为我们的生活带来便利，将成为电力市场的前沿产业。
