液流电池：把电“存”进液体里的储能新星

随着人类对能源需求的与日俱增，风能、太阳能等可再生能源发展迅猛，在能源体系中占有重要地位。由于可再生能源发电量大多受限于环境，具有随机性、波动性等特点，当今对新能源配套的储能系统的需求日益提升。

图1：新型液流电池储能系统

液流电池——潜力巨大的储能工具

液流电池是一种安全性高、循环寿命长的电化学储能技术，可以作为解决可再生能源的随机性大、波动性强的有效技术。液流电池主要由电堆、电解液、电解液存储供给单元、管理控制单元等部分构成。其原理是电池内的活性物质存储于正负极电解液中，只有当正负极电解液通过循环泵进入电堆时，在隔膜分隔的独立腔室进行氧化还原反应，进行充电或放电。

图2：液流电池基本结构示意图

液流电池——分类

按电解质形态（溶剂类型）分类

1. 水系液流电池：电解质以水为溶剂，安全、成本低，但电化学窗口较窄（电压受限）。代表体系：全钒液流电池、铁铬液流电池、锌溴液流电池等。

2. 非水系液流电池：采用有机溶剂（如乙腈）等非水介质，电化学窗口宽（电压高），但技术成熟度低、成本较高。代表体系：有机液流电池（如醌基、吩嗪基液流电池）。

3. 混合液流电池：至少一侧活性物质在充放电过程中发生固相沉积或溶解，平衡性能、成本和实用性。

4. 半固态液流电池：电极材料以悬浮颗粒形式存在，形成半固体浆料并流动，处于前沿研发阶段。

图3：全钒液流电池

液流电池——优势显著

液流电池的核心特征在于其能量容量与额定功率可以相对独立地扩展。其中，能量容量主要由电解液中活性物质的浓度及电解液总量决定；额定功率则与电极材料、电解液流动特性以及电堆结构设计等因素有关。这种解耦设计使其特别适合电网储能、可再生能源并网等大规模储能场景。

与传统电池将活性物质固定在电极材料中不同，液流电池的活性组分溶解在电解液内，因此电极材料老化或结构变化不易直接导致容量明显衰减。安全性方面，水系液流电池通常采用不燃的水溶液电解质，可降低火灾风险；部分非水系有机电解液则可能具有可燃性。

其电解液流速和电堆结构会影响可达到的充放电电流和系统效率，因此在电网调峰等需要较快响应的场合具有一定优势。此外，电解液及活性物质通常可以回收再利用，有助于减少环境污染；充放电过程中正常运行时通常较少产生气体，环保性较好。后期维护成本相对较低，除电解液维护外，膜、电极和密封件等也可能需要检修或更换。

图4：全国最大全钒液流电池储能一体化项目

来源：科普中国