液流電池取代鋰離子電池？中間還隔著(zhù)一個(gè)石墨烯

　　日前，美國哈佛大學(xué)的研究團隊研發(fā)出了一種新型的液流電池。該團隊表示，這種液流電池不僅可用于智能手機領(lǐng)域，還可被用于包括可再生能源在內的新型能源應用領(lǐng)域。

　　在移動(dòng)時(shí)代，電池技術(shù)成為重中之重，甚至可以說(shuō)沒(méi)有電池就沒(méi)有移動(dòng)時(shí)代。然而，續航能力薄弱等問(wèn)題存在于移動(dòng)設備的電池中，電池技術(shù)的突破一直是尖端難題，從而制約了移動(dòng)時(shí)代的進(jìn)一步發(fā)展。所以研究人員一直在探索更加有效的發(fā)電能源，以期提升續航能力。

　　實(shí)際上，液流電池并非新技術(shù)，早在上世紀60年代就已經(jīng)出現。與鋰電池相比，液流電池確實(shí)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(shí)際應用，其原因就在于自身的局限性。

　　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)的團隊是由材料與能源科技教授Michael Aziz及化學(xué)與材料科學(xué)教授Roy Gordon所領(lǐng)導的。他們所研究的新型液流電池基于一種中性PH水溶液中的有機分子進(jìn)行發(fā)電，其安全性與壽命皆?xún)?yōu)于目前的電池產(chǎn)品。

　　其實(shí)，液流電池領(lǐng)域并不算“荒地”，上世紀60年代，鐵—鉻體系的氧化還原電池就已經(jīng)出現，可看作是全釩液流電池的前身。經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)，該技術(shù)已經(jīng)取得了長(cháng)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(shí)存在優(yōu)勢。

　　第一，其規?？纱罂尚?，設計靈活。

　　對于儲能系統來(lái)說(shuō)，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(wú)論工程項目對儲能系統提出怎樣的要求，設計者都可以靈活地做出相應的設計并且能夠隨時(shí)進(jìn)行調整。

　　上圖為液流電池結構圖

　　反觀(guān)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，很難根據具體項目進(jìn)行調整。兩相對比之下，液流電池的優(yōu)勢顯而易見(jiàn)。

　　更重要的是，液流電池具有可擴展性。液流電池不管存儲量如何，結構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。

　　如想制造同樣規模的鋰電池，則需要堆疊電池數量，同時(shí)運用極為復雜的BMS(電池管理系統)來(lái)管理每節電池的溫度及SOC。稍有不慎，過(guò)充、過(guò)放、過(guò)熱都會(huì )導致電池報廢甚至引發(fā)危險，這也是為何智能手機電池有時(shí)會(huì )發(fā)生爆炸的重要原因。

　　第二，液流電池壽命長(cháng)。

　　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。

　　液流電池的充放電機理則是基于化合價(jià)的變化，而非普通電池的物理變化，故而使用壽命極長(cháng)。而且全釩液流電池由于正負極之間隔著(zhù)離子交換膜，避免了正負電解液因混合而發(fā)生交叉感染的可能，相較于其他液流電池壽命更長(cháng)。

　　第三，液流電池安全性極高。

　　正如第一點(diǎn)中所提到的，液流電池的特性使其安全性能得以保障。無(wú)起火或爆炸隱患，即使遭遇大電流也不會(huì )有什么安全問(wèn)題。

　　此外，液流電池能量效率高達75%~80%，啟動(dòng)速度只需0.02s，且電池部件多為廉價(jià)的碳材料，無(wú)需貴金屬作催化劑。

　　目前，全球范圍內生產(chǎn)全釩液流電池的企業(yè)主要包括美國UniEnergy Technologies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(shí)現全釩液流電池裝機容量超過(guò)12MW，占世界總裝機量的40%，而且還擁有世界上第一套實(shí)際并網(wǎng)運行的5MW級大型工業(yè)儲能裝置。這意味著(zhù)中國各項指標都處于國際領(lǐng)先水平。

　　盡管液流電池有如此多的優(yōu)勢，且有一定規模的生產(chǎn)和應用，但目前并未看到其大規模的投入商用和進(jìn)入消費級市場(chǎng)，原因在于液流電池自身存在的局限性頗多。