液流電池取代鋰離子電池？中間還隔著一個(gè)石墨烯

　　日前，美國(guó)哈佛大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一種新型的液流電池。該團(tuán)隊(duì)表示，這種液流電池不僅可用于智能手機(jī)領(lǐng)域，還可被用于包括可再生能源在內(nèi)的新型能源應(yīng)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(xù)航能力薄弱等問(wèn)題存在于移動(dòng)設(shè)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(xù)航能力。

　　實(shí)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(shí)有一些優(yōu)勢(shì)。然而，這項(xiàng)技術(shù)一直處于研發(fā)階段，遲遲未能投入實(shí)際應(yīng)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(shì)，某些方面優(yōu)于鋰電池

　　哈佛大學(xué)的團(tuán)隊(duì)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(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(shí)，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(guò)多年的研發(fā)，該技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)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(shì)。

　　第一，其規(guī)?？纱罂尚。O(shè)計(jì)靈活。

　　對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)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(chǔ)能罐的大小成正比。無(wú)論工程項(xiàng)目對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)提出怎樣的要求，設(shè)計(jì)者都可以靈活地做出相應(yīng)的設(shè)計(jì)并且能夠隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

　　上圖為液流電池結(jié)構(gòu)圖

　　反觀鋰離子電池，則是將儲(chǔ)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(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整。兩相對(duì)比之下，液流電池的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)。

　　更重要的是，液流電池具有可擴(kuò)展性。液流電池不管存儲(chǔ)量如何，結(jié)構(gòu)和控制方法幾乎都一樣，只要將儲(chǔ)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?cái)?shù)量，同時(shí)運(yùn)用極為復(fù)雜的BMS(電池管理系統(tǒng))來(lái)管理每節(jié)電池的溫度及SOC。稍有不慎，過(guò)充、過(guò)放、過(guò)熱都會(huì)導(dǎo)致電池報(bào)廢甚至引發(fā)危險(xiǎn)，這也是為何智能手機(jī)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(zhǎng)。

　　目前市面上的鋰電池壽命約為1000~5000次。其主要儲(chǔ)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(jià)的變化，而非普通電池的物理變化，故而使用壽命極長(zhǎng)。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(zhǎng)。

　　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(dá)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(nèi)生產(chǎn)全釩液流電池的企業(yè)主要包括美國(guó)UniEnergy Technologies公司、奧地利Gildemeister公司、日本住友電工公司以及中國(guó)大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司。

　　其中，融科儲(chǔ)能公司累計(jì)實(shí)現(xiàn)全釩液流電池裝機(jī)容量超過(guò)12MW，占世界總裝機(jī)量的40%，而且還擁有世界上第一套實(shí)際并網(wǎng)運(yùn)行的5MW級(jí)大型工業(yè)儲(chǔ)能裝置。這意味著中國(guó)各項(xiàng)指標(biāo)都處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

　　盡管液流電池有如此多的優(yōu)勢(shì)，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(fèi)級(jí)市場(chǎng)，原因在于液流電池自身存在的局限性頗多。