新型低成本铁基液流电池储能技术新突破 循环稳定性有效提升10倍

瞻观前沿

近日，中国科学院金属研究所李瑛研究员与唐奡研究员团队，在新型低成本铁基液流电池储能技术研究领域取得新进展。研究人员以铁负极氧化还原反应可逆性为切入点，通过电极界面缺陷设计和极性溶剂调控，成功实现了充放电过程中铁单质在电极纤维表面的均匀沉积和溶解。

在诸多新型储能技术路线中，以全钒液流电池为代表的液流电池储能技术，因其本质安全、可灵活部署，已成为长时储能技术中的首选电化学储能技术路线，其中，研发低成本液流电池新体系新技术，是解决现阶段液流电池产业化发展瓶颈的有效途径。

研究人员介绍，他们通过在电极界面进行金属刻蚀处理，使得电极纤维表面富含缺陷结构，有效调控了Fe2+离子在电极界面的沉积反应成核特性，促进了铁沉积反应均一性及氧化还原反应动力学，并利用理论计算和仿真分析揭示了Fe2+在碳缺陷处的杂化作用增强机制及铁沉积过程演化规律。得益于此，研究团队组装的全铁液流电池实现了每平方厘米80毫瓦的功率密度和250圈循环99%的电流效率，循环稳定性有效提升了10倍。

研究结果证明，电极界面优化设计可有效提升铁负极性能，为实现全铁液流电池高效稳定运行提供了新途径。

此外，研究人员通过在溶液中引入极性溶剂，利用极性分子与氢键的相互作用，成功弱化了溶液的水合氢键网络，将电解液凝固点有效降低到零下20摄氏度以下，且协同提升了铁负极电化学可逆性，首次实现了全电池在零下20摄氏度的低温条件下稳定运行100小时。据悉，该研究结果为宽温域全铁液流电池技术产业化开发与应用推广奠定了技术基础。

图片来源：摄图网

技术价值观察

全钒液流电池产业链上游主要涉及钒资源的开采与冶炼，中游则进行全钒液流电池储能系统的设计与制造，包括功率单元(电堆)与能量单元(电解液)两大部分，下游主要为储能项目的开发和运营。由于下游储能市场可选择技术路径较多，且当前电化学储能主力仍为锂离子电池，全钒液流电池的增长目前对下游影响较小，产业变化主要集中在上游和中游。

全钒液流电池是一种储能电池。研究人员在新型低成本铁基液流电池储能技术取得新突破，为实现全铁液流电池高效稳定运行提供了新途径。因此，从全钒液流电池产业链上看，该技术处于产业链的中游环节。

宏观市场观察

——全钒液流电池优劣势分析

全钒液流电池具备安全性高、扩容性强、循环寿命长、全生命周期成本低等优点，是目前商业化较为成熟的液流电池，在长时储能领域大有可为;但项目初始投资成本、上游原材料成本、能量转换效率等因素也在一定程度上限制了全钒液流电池产业的发展。

——全球全钒液流电池行业发展现状

当前液流电池仍处于产业化发展初期，占比相对有限。根据CNESA的统计，截至2022年底全球新型电力储能项目累计装机规模中锂离子电池占比处于绝对主导地位(约94.4%)，液流电池仅占0.1%。

近年来，全球全钒液流电池已开始逐步走向工程示范与商业化应用，且单个项目规模呈逐渐扩大趋势。

——全钒液流电池需求及应用情况

全钒液流电池的适用领域主要为大规模、长周期的储能场景。相较于抽水蓄能、锂电池储能，具有选址灵活、安全性高的优势。

2021年10月24日，《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》提出：到2025年，新型储能装机容量达到3000万千瓦以上。2022年1月，国家发改委、能源局印发的《十四五新型储能发展实施方案》进一步明确了到2025年新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段、具备大规模商业化应用条件，2030年新型储能全面市场化发展的目标。根据融科储能公司官网，全钒应用电池可在发电侧、电网侧与用户侧广泛应用。

——中国全钒液流电池市场规模及预测

当前全钒液流电池在新型储能累计装机规模中的占比不到5%，依此测算出2022年全钒液流电池新增装机容量约为0.5GW。未来，全钒液流电池有望凭借自身安全、长寿、灵活的多重优势实现份额的持续提升，据机构预测，到2030年国内全钒液流电池新增装机规模有望达到93GWh，发展空间巨大。

——全球全钒液流电池市场规模及预测

据Emergen Research分析，2022年全钒液流电池全球市场规模约为2.42亿美元，得益于全球对环保电池解决方案以及储能系统的需求推动，预计到2028年市场规模将以19.9%的年复合增长率增长，有望达到7.2亿美元。

中国储能电池技术赛道热力图

根据产业热力图显示，与储能电池关键技术强关联的城市集群主要集中在华南地区，并且以深圳市为重点发展区域，未来布局储能电池技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华南地区优先导入，其中可重点关注广东省深圳市龙华区、宝安区、坪山区所处储能电池的相关企业，以及该地方对于储能电池的产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

经济学人APP资讯组

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标签： 流电 储能 技术 随笔