四种主要液流电池：全钒液流电池、锂离子液流电池、铁铬液流电池、锌铁液流电池

近日，全国能源信息平台发布一篇报告《未来10年液流电池有望进入高速增长阶段》。据了解液流电池是由Thaller于1974年提出的一种电化学储能技术，液流电池根据电极活性物质的不同，可以分为全钒液流电池、锌铁液流电池、锂离子液流电池和铁铬液流电池四种物质不同的液流电池。

全钒液流电池

全钒液流电池（VRB，也常简称为钒电池）于1985年由澳大利亚新南威尔士大学的Marria Kazacos提出。作为一种电化学系统，钒电池把能量储存在含有不同价态钒离子氧化还原电对的电解液中。具有不同氧化还原电对的电解液分别构成电池的正、负极电解液，正、负极电解液中间由离子交换膜隔开。通过外接泵把溶液从储液槽压入电池堆体内完成电化学反应，反应后溶液又回到储液槽，活性物质不断循环流动，由此完成充放电。

特点：

与其他储能电池相比，全钒液流电池有以下特点：

（1）输出功率和储能容量可控。电池的输出功率取决于电堆的大小和数量，储能容量取决于电解液容量和浓度，因此它的设计非常灵活，要增加输出功率，只要增加电堆的面积和电堆的数量，要增加储能容量，只要增加电解液的体积。

（2）安全性高。开发已有的电池系统主要以水溶液为电解质，电池系统无潜在的爆炸或着火危险。

（3）启动速度快，如果电堆里充满电解液可在2min内启动，在运行过程中充放电状态切换只需要0.02s。

（4）电池倍率性能好。全钒液流电池的活性物质为溶解于水溶液的不同价态的钒离子，在全钒液流电池充、放电过程中，仅离子价态发生变化，不发生相变化反应，充放电应答速度快。

（5）电池寿命长。电解质金属离子只有钒离子一种，不会发生正，负电解液活性物质相互交叉污染的问题，电池使用寿命长，电解质溶液容易再生循环使用。

（6）电池自放电可控。在系统处F关闭模式时，储罐中的电解液不会产生自放电现象。

（7） 制造和安置便利。波流电池选址自由度大，系统可全自动封闭运行，无污染，维护简单，操作成本低。

（8）电池材料回收和再利用容易。液流电池部件多为康价的炭材料、工程塑料，材料来源丰富，且在回收过程中不会产生污染，环境友好且价格低廉。此外， 电池系统荷电状态（SOC）的实时监控比较容易，有利于电网进行管理、调度。

锂离子液流电池

锂离子液流电池主要由电池反应器、正极悬浮液存储罐、负极悬浮液存储罐、液泵及密封管道等组成。其中，正极悬浮液存储罐盛放正极活性材料颗粒、导电剂和电解液的混合物，负极悬浮液存储罐盛放负极活性材料颗粒、导电剂和电解液的混合物。电池反应器是锂离子液流电池的核心，其结构主要包括：正极集流体、正极反应腔、多孔隔膜、负极反应腔、负极集流体和外壳。锂离子液流电池工作时使用液泵对悬浮液进行循环，悬浮液在液泵或其他动力推动下通过密封管道在悬浮液存储罐和电池反应器之间连续流动或间歌流动，流速可根据悬浮液浓度和环境温度进行调节。

电池工作时，正极悬浮液由正极进液口进入电池反应器的正极反应腔，完成反应后由正极出液口通过密封管道返回正极悬浮液存储罐。与此同时，负极悬浮液由负极进液口进入电池反应器的负极反应腔，完成反应后由负极出液口通过密封管道返回负极悬浮液存储罐。正极反应腔与负极反应腔之间有电子不导电的多孔隔膜，将正极悬浮液中的正极活性材料颗粒和负极悬浮液中的负极活性材料颗粒相互隔开，避免正负极活性材料颗粒直接接触导致电池内部的短路。正极反应腔内的正极悬浮液和负极反应腔内的负极悬浮液可以通过多孔隔膜中的电解液进行锂离子交换传输。

当电池放电时，负极反应腔中的负极活性材料颗粒内部的锂离子脱嵌而出，进入电解液，并通过多孔隔膜到达正极反应腔，嵌入到正极活性材料颗粒内部：与此同时，负极反应腔中的负极活性材料颗粒内部的电子流入负极集流体，并通过负极集流体的负极极耳流入电池的外部回路，完成做功后通过正板极耳流入正极集流体，最后嵌入正极反应腔中的正极活性材料颗粒内部。电池充电的过程与之相反。

铁铬液流电池

最早的液流储能电池概念于1974年由Thaller首次提出，它是利用Cr3+/Cr2+电对中Cr2+的还原性和Fe3+/Fe2+电对中Fe3+的氧化性，在由质子交换膜隔离开的酸性Cr3+电解液与酸性Fe2+电解液里进行电化学氧化还原反应。该液流电池以Fe2+/Fe3+电对作为充放电过程中正极电化学反应电对，以Cr3+/Cr2+电对作为充放电过程中负极电化学反应电对时，充放电过程中恒流泵推动电解液分别在正负极半电池和与其对应的电解液储罐之间形成的闭合回路中循环流动。

锌铁液流电池

锌铁液流电池也属于液流储能电池，储能时长超过 8 小时，是近来发展最快的电化学储能技术之一。锌铁液流电池(Zinc-Iron Flow Battery) 由电解液、电堆与智能中控组成。电解液含有特殊配方，其容量、浓度和酸碱性赋予液流电池长时存储、大容量的特性。电堆决定了液流电池的功率，由多片单元电池紧密结合。智能中控为全面且综合性的智能模块控制系统，监测电池运行，保持其良好状态。目前，锌铁液流电池储能技术仅有纬景储能科技有限公司进行研发，他们成功解决了锌枝晶问题，并拥有此项技术的专利。金属元素锌和铁在阴阳极电解液里变化价态，转换电能和化学能，实现长时间、大容量的能量存储，再通过电堆实现电能的收放。

特点：

极安全。通过选用锌和铁这两样化学元素进行配对，兼顾能量密度且极安全环保。运行状态稳定，不燃不爆，适应各种工作环境。

经济性。锌和铁这两样化学元素地表储备丰富。锌铁液流电池成本低，对能源全生命周期的度电成本友好。

灵活性。锌铁液流电池极易部署，受地域、温差影响较小，实现按需配置，可在线升级。

大容量。锌铁液流电池能量密度高，实现高功率大容量，能轻松满足兆瓦级电力应用场景。

可以看出，全钒液流电池是目前液流电池商业化程度最高，装机规模占比最大的液流电池技术路线。该路线以钒电解液作为阳极和阴极电解液，其循环寿命可达到20000次以上；由于使用钒作为电解液，避免铁铬液流电池发生的析氢反应和铬离子电解活性不足的问题；从事全钒液流电池生产的企业数量更多，产业配套较为成熟，目前已经进入商业化应用的初期。

锌溴、锌铁液流电池在国内的商业化进展稍稍落后于国外。在技术层面，锌溴液流电池作为国内外长时间研发的电池体系，其技术和产品的成熟度较高，后续商业化推广一方面依赖相关技术的持续创新突破，降本增效，另一方面还需要更精准的场景应用与推广。锌铁液流电池在技术和产业链上还不够成熟，但其具有较高的能量效率，较长的循环寿命以及较低的材料成本，后续商业化前景广阔。