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（觀察者網訊）據《中國科學報》報道，近日大連化物所儲能技術研究部（DNL17）李先鋒研究員團隊開發出70千瓦級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30千瓦級電堆降低40%，有望助推全釩液流電池的商業化進程。

據悉，李先鋒團隊采用自主開發的新一代高選擇性可焊接多孔復合膜和可焊接高導電雙極板，設計出短流程、超薄電池結構，并結合低流阻、高均勻分配流道結構，研制出70千瓦級電堆。

經測試，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，該電堆連續穩定運行1200多個循環后，能量效率衰減率僅為1.7%。

報道指出，使用該電堆可將一個20尺（注：貨柜尺寸，內部尺寸為長5.898米、寬2.352米、高2.385米）的250千瓦儲能單元模塊升級為500千瓦儲能單元模塊，不僅功率單元體積大幅減少，還降低了系統配套設施的成本。

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能技術的重點發展方向之一。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呈循環流動液態的電池。其工作原理為使用外接泵把電解液壓入電堆體內，在機械動力作用下電解液在不同的儲液罐和半電池的閉合回路中循環流動、流過電極表面并發生電化學反應，隨后雙電極板收集和傳導電流，從而使得儲存在溶液中的化學能轉換成電能。簡單來說就是依靠電解液流動與電極發生電化學反應產能電能。

全釩液流電池結構 圖片來源：開源證券

這樣的結構意味著，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，僅需增加電堆的數量；而如果要增加儲能容量，僅需增加電解液的體積。

全釩液流電池安裝靈活性很強 圖片來源：開源證券

為什么要發展全釩液流電池？

全釩液流電池是長時儲能技術（一般是指可以持續充放電4小時以上的儲能技術）的重要一環。長時儲能側重于解決峰谷時期供需匹配等經濟性問題，能夠提升新能源消納能力。眾所周知，新能源發電模式取代傳統發電模式最大的障礙當屬其發電調峰能力弱，遇到發電能力和用電需求不匹配的情況時會導致電網不穩定。

風光發電等如遇到外部條件變化，會在短時間導致發電功率變化，造成包括：發電電壓的變化范圍過大、電壓短時間中斷、電網頻率不穩定甚至發電機、變電站等硬件毀壞等嚴重后果。

某地不同天氣光伏發電的秒-分鐘變化 圖片來源：國金證券

一般認為，以風光為代表的不穩定新能源發電需要按照10%~30%的比例配備儲能設施。

近年來，多地已經發出文件強制要求新能源發電設施強制按照一定比例配屬儲能設施。

2021年1月11日，寧夏自治區發改委發布征求《關于加快促進自治區儲能健康有序發展的指導意見（征求意見稿）》意見的函，強調“十四五”期間，儲能設施按照容量不低于新能源裝機的10%、連續儲能時長2小時以上的原則逐年配置。

2月山東省印發了《2021年全省能源工作指導意見》，強調新能源場站原則上配置不低于10%儲能設施，并在之后發布了《關于開展儲能示范應用的實施意見》。

2021年5月，國家能源局發布《關于2021年風電、光伏發電開發建設有關事項的通知》，提出在確保安全前提下，鼓勵有條件的戶用光伏項目配備儲能。

之后多地就強制儲能設施推進都發布了相關規定。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，都發布了分布式光伏配儲相關文件，配儲要求在裝機容量的8%~30%之間。

常見的長時儲能技術包括：電化學儲能、重力儲能、氫能儲能等多種。而全釩液流電池作為電化學儲能的一種，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、效率高、環境友好等特點。并且由于其結構簡單、釩電池安裝靈活、建設周期短，所以是大規模儲能的首選技術之一。

幾種電化學儲能技術對比 圖片來源：國信證券

此外，在2022年，國家能源局在《防止電力生產事故的二十五項重點要求(2022 年版)(征求意見稿)》中出于安全考慮，提出中大型電化學儲能電站禁用三元鋰電池和鈉硫電池，這也進一步刺激了全釩液流電池的發展。

全釩液流電池全面商用難點在哪？

目前發展全釩液流電池主要有如下問題：1）電池合適的工作溫區在5~40℃，相對較窄；2）能量密度低，體積較大；3）初始投資額高，根據國信證券報告，釩電池系統初始投資成本在2.1~7.5元/Wh，顯著高于磷酸鐵鋰電池（1.0~1.5元/Wh）。但根據銀河證券報告顯示，目前全釩液流電池初始單千瓦投資已經達到約3000元，度電成本約0.68元，已接近鋰離子電池儲能。國網新疆研究院預計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于鋰電池，長期看，其全壽命成本可能會低于鋰電池儲能。

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

該團隊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，進一步提高未來全釩液流電池的適裝性和適用性。

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