液流電池是一種新的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。它將正負(fù)極電解液分開，并各自循環(huán)的一種高性能蓄電池。根據(jù)電解液的不同，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/鎳液流電池等。

? ? ?液流電池是一種新的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。它將正負(fù)極電解液分開，并各自循環(huán)的一種高性能蓄電池。

1、液流電池組成 液流電池由電池單元、電解液、電解液存儲(chǔ)供給單元等部分構(gòu)成，如圖1所示。圖1 液流電池組成和結(jié)構(gòu)
2、液流電池工作原理液流電池的正極和負(fù)極電解質(zhì)溶液儲(chǔ)存于電池外部的儲(chǔ)罐中，通過(guò)泵和管路輸送到電池內(nèi)部， 通過(guò)正、負(fù)極電解質(zhì)溶液活性物質(zhì)發(fā)生可逆氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化。

這里以全釩液流電池為例，釩化學(xué)性質(zhì)活躍，呈現(xiàn)多種價(jià)態(tài)，釩液流電池以釩離子的不同價(jià)態(tài)的溶液為電解液，使其在正負(fù)極板上發(fā)生可逆反應(yīng)，完成充電、放電和再充電過(guò)程。電池充電后，正極物質(zhì)為V5+離子溶液，負(fù)極為V2+離子溶液；電池放電后，正、負(fù)極分別為V4+和V3+離子溶液。

2.1 液流電池充電（儲(chǔ)能）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，如圖2所示。 ?圖2 液流電池放電過(guò)程

2.2 液流電池放電（釋能）放電時(shí)，正極活性物質(zhì)價(jià)態(tài)降低，負(fù)極活性物質(zhì)價(jià)態(tài)升高，液流電池釋放出它所儲(chǔ)存的能力，如圖3所示。 ?? 圖3 液流電池放電過(guò)程
3、液流電池特點(diǎn)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，功率與容量的獨(dú)立設(shè)計(jì)；
能量轉(zhuǎn)化效率高，啟動(dòng)速度快；
具有很強(qiáng)的過(guò)載能力和深度放電能力。

全釩液流儲(chǔ)能電池原理圖解

中鈉儲(chǔ)能技術(shù)有限公司

全釩液流儲(chǔ)能電池是一種新型、高效的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。由原理圖可以看出，電解質(zhì)溶液（儲(chǔ)能介質(zhì)）存儲(chǔ)在電池外部的電解液儲(chǔ)罐中，電池內(nèi)部正負(fù)極之間由離子交換膜分隔成彼此相互獨(dú)立的兩室（正極側(cè)與負(fù)極側(cè)），電池工作時(shí)正負(fù)極電解液由各自的送液泵強(qiáng)制通過(guò)各自反應(yīng)室循環(huán)流動(dòng)，參與電化學(xué)反應(yīng)。充電時(shí)電池外接電源，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，儲(chǔ)存在電解質(zhì)溶液中；放電時(shí)電池外接負(fù)載，將儲(chǔ)存在電解質(zhì)溶液中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，供負(fù)載使用。

充電時(shí)正極：VO2++H2O→VO2++2H++e- 充電時(shí)負(fù)極：V3++ e-→V2+ 放電時(shí)正極：VO2++2H++e-→VO2++H2O放電時(shí)負(fù)極：V2+→V3++ e-

全釩液流電池正極電解液電對(duì)為VO2+/VO2+，其中VO2+易水解形成V2O5沉淀，且溶度積很小，會(huì)造成電池不可逆，所以維持電解液中V（V）穩(wěn)定性非常重要。但當(dāng)溫度達(dá)到40℃以上時(shí)V（V）及酸濃度較低時(shí)仍會(huì)形成V2O5的水合物結(jié)晶析出。VO2+在硫酸中有飽和溶解度，目前商用釩電解液濃度在1.5~1.8mol/L，溫度范圍在-5~40℃，因此在配置釩電解液時(shí)要注意溫度和硫酸濃度控制。

電解液負(fù)極為V3+/V2+，兩種離子都具有強(qiáng)還原性，V2+暴露在空氣中會(huì)立即被氧化，因此負(fù)極電解液需要密封或用惰性氣體保護(hù)。V3+/V2+溶解度隨著溫度和硫酸濃度的變化與VO2+相同，且相同溫度和硫酸濃度情況下V3+/V2+的穩(wěn)定性要低，因此在低溫充電狀態(tài)下V3+析出也是釩電池需要解決的問(wèn)題。

正極電解液在低溫下更穩(wěn)定，負(fù)極電解液在高溫下更穩(wěn)定。

液流電池正成為主流的新型儲(chǔ)能技術(shù)

在眾多儲(chǔ)能電池中，液流電池是一種越來(lái)越受到人們關(guān)注的新型儲(chǔ)能系統(tǒng)，被廣泛研究認(rèn)為是現(xiàn)階段發(fā)展前景最大的儲(chǔ)能技術(shù)之一。相比于其他儲(chǔ)能系統(tǒng)，液流儲(chǔ)能電池具有更多在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)。主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

?極安全：不燃不爆，適應(yīng)各種工作環(huán)境?經(jīng)濟(jì)性：全生命周期的度電成本友好?服務(wù)壽命長(zhǎng)：萬(wàn)次以上的充放電循環(huán)?靈活性：極易部署，按需配置，在線升級(jí)?大容量：輕松滿足兆瓦級(jí)電力應(yīng)用場(chǎng)景

液流電池工作原理

液流電池作為電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)之一，最早由L.H.Thaller在1974年提出。該電池技術(shù)將陰陽(yáng)極電解液分別通過(guò)管路推入電堆中，通過(guò)活性元素的價(jià)態(tài)變化，在電能和化學(xué)能之間產(chǎn)生轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)充放電。與其他傳統(tǒng)離子蓄電池不同的地方是，液流電池屬于一種活性化學(xué)物質(zhì)，儲(chǔ)存在液態(tài)化電解液中的二次儲(chǔ)能電池處理技術(shù)，不僅電池結(jié)構(gòu)上存在差異，而且正、負(fù)極電解液中是儲(chǔ)存能量的。

液流電池工作原理圖

液流電池電堆中的單元電池通常由緊固件、端板、集流板、電極框、雙極板、電極和離子傳導(dǎo)膜組成，電堆則是由若干個(gè)單元電池串聯(lián)起來(lái)通過(guò)壓濾機(jī)的疊合方式裝配而成。

液流電池電堆

目前典型的液流電池分類

液流電池種類較多，有鋅鐵液流電池、全釩液流電池、鋅溴液流電池、鐵鉻液流電池、多硫化鈉—溴液流電池等。

儲(chǔ)能行業(yè)目前正處于一個(gè)前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的關(guān)鍵時(shí)期，作為全球能源改革的重要支撐技術(shù)，已經(jīng)成為各國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略。液流電池作為電化學(xué)儲(chǔ)能之一，因其具有高安全性、長(zhǎng)循環(huán)壽命、環(huán)保經(jīng)濟(jì)、高性價(jià)比、快速響應(yīng)、設(shè)計(jì)安裝靈活等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為新型儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)選，已經(jīng)有越來(lái)越多的液流電池項(xiàng)目進(jìn)入到大規(guī)模示范和應(yīng)用階段。

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