液流電池取代鋰離子電池？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-09-05 09:34
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實際上，液流電池并非新技術(shù)，早在上世紀(jì)60年代就已經(jīng)出現(xiàn)。與鋰電池相比，液流電池確實有一些優(yōu)勢。然而，這項技術(shù)一直處于研發(fā)階段，遲遲未能投入實際應(yīng)用，其原因就在于自身的局限性。盡管遇到阻礙，但是探索仍要繼續(xù)，人類一邊使用相對穩(wěn)妥的新型電池技術(shù)，一邊也在不斷尋找更加清潔的能源來提升電池技術(shù)。
一、液流電池特性決定優(yōu)勢，某些方面優(yōu)于鋰電池
哈佛大學(xué)的團(tuán)隊是由材料與能源科技教授MichaelAziz及化學(xué)與材料科學(xué)教授RoyGordon所領(lǐng)導(dǎo)的。他們所研究的新型液流電池基于一種中性PH水溶液中的有機(jī)分子進(jìn)行發(fā)電，其安全性與壽命皆優(yōu)于目前的電池產(chǎn)品。
其實，液流電池領(lǐng)域并不算“荒地”，上世紀(jì)60年代，鐵—鉻體系的氧化還原電池就已經(jīng)出現(xiàn)，可看作是全釩液流電池的前身。經(jīng)過多年的研發(fā)，該技術(shù)已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，并有望投入商用。與鋰離子電池相比，這種液流電池確實存在優(yōu)勢。
第一，其規(guī)?？纱罂尚?，設(shè)計靈活。
對于儲能系統(tǒng)來說，最重要的因素是電量和功率。通常情況下，釩液流電池可承受的功率取決于電堆大小，而電量的多少則與儲能罐的大小成正比。無論工程項目對儲能系統(tǒng)提出怎樣的要求，設(shè)計者都可以靈活地做出相應(yīng)的設(shè)計并且能夠隨時進(jìn)行調(diào)整。
反觀鋰離子電池，則是將儲能材料涂在集流體表面形成電極，其工藝及性能都是固定的，很難根據(jù)具體項目進(jìn)行調(diào)整。兩相對比之下，液流電池的優(yōu)勢顯而易見。
更重要的是，液流電池具有可擴(kuò)展性。液流電池不管存儲量如何，結(jié)構(gòu)和控制方法幾乎都一樣，只要將儲能電解液混合均勻，就可以保證SOC（充放電深度）一致。
如想制造同樣規(guī)模的鋰電池，則需要堆疊電池數(shù)量，同時運用極為復(fù)雜的BMS（電池管理系統(tǒng)）來管理每節(jié)電池的溫度及SOC。稍有不慎，過充、過放、過熱都會導(dǎo)致電池報廢甚至引發(fā)危險，這也是為何智能手機(jī)電池有時會發(fā)生爆炸的重要原因。
第二，液流電池壽命長。
目前市面上的鋰電池壽命約為1000~5000次。其主要儲能原理是在固態(tài)電極上的嵌入和脫嵌，此種方式極易產(chǎn)生裂紋從而使電池壽命終結(jié)。
液流電池的充放電機(jī)理則是基于化合價的變化，而非普通電池的物理變化，故而使用壽命極長。而且全釩液流電池由于正負(fù)極之間隔著離子交換膜，避免了正負(fù)電解液因混合而發(fā)生交叉感染的可能，相較于其他液流電池壽命更長。
第三，液流電池安全性極高。
正如第一點中所提到的，液流電池的特性使其安全性能得以保障。無起火或爆炸隱患，即使遭遇大電流也不會有什么安全問題。
此外，液流電池能量效率高達(dá)75%~80%，啟動速度只需0.02s，且電池部件多為廉價的碳材料，無需貴金屬作催化劑。
目前，全球范圍內(nèi)生產(chǎn)全釩液流電池的企業(yè)主要包括美國UniEnergyTechnologies公司、奧地利Gildemeister公司、日本住友電工公司以及中國大連融科儲能技術(shù)發(fā)展有限公司。
其中，融科儲能公司累計實現(xiàn)全釩液流電池裝機(jī)容量超過12MW，占世界總裝機(jī)量的40%，而且還擁有世界上第一套實際并網(wǎng)運行的5MW級大型工業(yè)儲能裝置。這意味著中國各項指標(biāo)都處于國際領(lǐng)先水平。
盡管液流電池有如此多的優(yōu)勢，且有一定規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用，但目前并未看到其大規(guī)模的投入商用和進(jìn)入消費級市場，原因在于液流電池自身存在的局限性頗多。
二、液流電池遲遲未能商用，自身局限性較多
作為儲能系統(tǒng)，液流電池在風(fēng)電等大型儲能領(lǐng)域尚處試驗階段，商用就更是難以企及。上文哈佛大學(xué)研究的新型液流電池亦處于研發(fā)階段，可以先探究目前已有的液流電池中主要的釩系電池存在怎樣的局限性。
從理論上來講，釩的化合物可以作為添加劑，放入現(xiàn)有的鋰電池中，這就類似于石墨烯的用途。
然而，釩電池正極液中五價釩離子在溫度高于45度的情況下，會析出一種名為五氧化二釩的劇毒物質(zhì)。該物質(zhì)的沉淀會堵塞流道，包覆碳?xì)掷w維，惡化電堆性能，最終致使電池報廢。更重要的是，五氧化二釩這種劇毒物質(zhì)可能會造成嚴(yán)重的后果。
