液流電池——儲(chǔ)能大家族中的中堅(jiān)力量
在儲(chǔ)能大家族中，按照技術(shù)類(lèi)型劃分，主要包括物理儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能。各種儲(chǔ)能技術(shù)具有不同的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。物理儲(chǔ)能主要包括抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能。這兩種儲(chǔ)能技術(shù)具有規(guī)模大、壽命長(zhǎng)、安全可靠、運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，建設(shè)規(guī)模一般在百兆瓦級(jí)以上，儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)從幾小時(shí)到幾天。其中抽水儲(chǔ)能是目前在電力系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的儲(chǔ)能方式，全球總裝機(jī)容量達(dá)127吉瓦，占儲(chǔ)能總裝機(jī)容量的99%。但兩種儲(chǔ)能方式都需要特殊的地理?xiàng)l件和配套設(shè)施，建設(shè)的局限性較大。化學(xué)儲(chǔ)能相比于物理儲(chǔ)能具備系統(tǒng)簡(jiǎn)單、安裝便捷以及運(yùn)行方式靈活等優(yōu)點(diǎn)，建設(shè)規(guī)模一般在千瓦～百兆瓦級(jí)別，液流電池、鋰電池、鈉硫電池、鉛炭電池是目前電力系統(tǒng)用儲(chǔ)能的主流技術(shù)。
液流電池是由美國(guó)科學(xué)家thallerl.h.（nasalewisresearchcenter）于1974年提出的一種電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。液流電池是通過(guò)活性物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化。充電時(shí)，正極發(fā)生氧化反應(yīng)，活性物質(zhì)價(jià)態(tài)升高；負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)，活性物質(zhì)價(jià)態(tài)降低。放電時(shí)則正好相反，正極發(fā)生還原反應(yīng)，活性物質(zhì)價(jià)態(tài)降低；負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，活性物質(zhì)價(jià)態(tài)升高。與傳統(tǒng)二次電池直接采用活性物質(zhì)做電極不同，液流儲(chǔ)能電池的電極均為惰性電極，只為電極反應(yīng)提供反應(yīng)場(chǎng)所，活性物質(zhì)通常以離子狀態(tài)存儲(chǔ)于電解液中。正極和負(fù)極電解液分別裝在兩個(gè)儲(chǔ)罐中，通過(guò)送液泵實(shí)現(xiàn)電解液在管路系統(tǒng)中的循環(huán)。運(yùn)行過(guò)程中，全液態(tài)液流電池氧化還原反應(yīng)表現(xiàn)為離子價(jià)態(tài)的變化，沉積型液流電池表現(xiàn)為金屬的沉積與溶出。
從外觀看，液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)包括如下幾部分：電堆單元，由正負(fù)電極和離子傳導(dǎo)膜疊合而成單電池的集合體；電解液?jiǎn)卧ê谢钚晕镔|(zhì)的電解液，及用于電解液盛裝和循環(huán)的儲(chǔ)罐、管路、閥、泵、傳感器等輔助部件；控制系統(tǒng)，包括用于管理整個(gè)系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)、功率變化單元等。就像汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒汽油發(fā)電，液流電池可通過(guò)在電堆里轉(zhuǎn)化電解液發(fā)電。不同的是，電解液不會(huì)被消耗掉，能夠進(jìn)行往復(fù)充放電。
根據(jù)發(fā)生反應(yīng)的電對(duì)不同，液流電池可以分為：全釩液流電池、鋅溴液流電池、多硫化鈉/溴液流電池、鋅/鎳液流電池、鐵/鉻液流電池、釩/多鹵化物液流電池、鋅/鈰液流電池、半液流電池。雖然各自的電化學(xué)體系不同，但都具備以下特點(diǎn)：
1.功率和容量相互獨(dú)立，輸出功率由電池模塊的大小和數(shù)量決定，儲(chǔ)能容量由電解液的濃度和體積決定，故可實(shí)現(xiàn)功率與容量的獨(dú)立設(shè)計(jì)；
2.能量轉(zhuǎn)化效率高，啟動(dòng)速度快；
3.具有很強(qiáng)的過(guò)載能力和深度放電能力；
4.部件多為廉價(jià)的碳材料、工程塑料，材料來(lái)源豐富，易于回收。
不同的液流電池又各具特點(diǎn)。其中，全釩液流電池正負(fù)極活性物質(zhì)都是釩離子，只是價(jià)態(tài)不同，具有更安全、壽命更長(zhǎng)、效率更高的優(yōu)勢(shì)，是目前應(yīng)用最廣，最具產(chǎn)業(yè)化前景的液流電池，已經(jīng)成為液流電池家族中的掌門(mén)人，具有高安全性、長(zhǎng)壽命、高可靠性、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，吸引了政府和電力行業(yè)的高度關(guān)注。
