中國科學院金屬研究所消息，該所李瑛研究員與唐奡研究員團隊，在新型低成本鐵基液流電池儲能技術研究領域取得新進展。研究人員以鐵負極氧化還原反應可逆性為切入點，通過電極界面缺陷設計和極性溶劑調控，成功實現(xiàn)了充放電過程中鐵單質在電極纖維表面的均勻沉積和溶解。

　　據(jù)悉，該研究結果為寬溫域全鐵液流電池技術產(chǎn)業(yè)化開發(fā)與應用推廣奠定了技術基礎。

　　長時儲能降本與產(chǎn)業(yè)化的關鍵突破點在哪?

　　目前，長時儲能技術主要包括機械儲能、電化學儲能和燃料儲能三種類型。機械儲能中的抽水蓄能和壓縮空氣儲能技術已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，具有成熟、成本低、地域限制等優(yōu)點。電化學儲能中的液流電池技術較成熟，具有技術成熟、成本較高等特點，目前正處于示范加產(chǎn)業(yè)化階段。燃料儲能技術則能夠實現(xiàn)跨季節(jié)儲能，但目前仍處于研發(fā)加示范階段。

　　盡管長時儲能技術在電力系統(tǒng)中的應用前景廣闊，但仍面臨一系列挑戰(zhàn)。南方科技大學碳中和能源研究院院長趙天壽指出，首先是地域限制問題，優(yōu)質的儲能資源趨于飽和，而且建設周期長，環(huán)境影響評估審批緩慢。此外，技術挑戰(zhàn)也不容忽視，例如抽水蓄能和壓縮空氣儲能的效率較低，而液流電池的安全風險高，成本和壽命問題亟待解決。

　　液流電池儲能技術因其容量與功率解耦、高安全、時長靈活、擴容方便、資源自給率高、循環(huán)壽命長等優(yōu)勢，被認為是理想的長時儲能技術。液流電池通過使用可流動的能量載體(如氫、甲醇、氨等燃料以及電解液)和相應的能量轉換裝置(如電解池、燃料電池、液流電池等)，實現(xiàn)了儲能時長的靈活性和規(guī)模化。

　　液流電池儲能技術的發(fā)展關鍵在于突破其關鍵科學問題。這包括跨尺度多子傳遞與電化學反應相互作用關系的復雜性。趙天壽介紹到，為了提高液流電池的電流密度和電解液利用率，需要構建熱質傳遞與電化學耦合理論，這是降低系統(tǒng)成本、推動產(chǎn)業(yè)化的關鍵。

　　低成本鐵基液流電池儲能技術獲突破

　　因此，研發(fā)低成本液流電池新體系新技術，是突破現(xiàn)階段液流電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展瓶頸的有效途徑。

　　前述兩位研究人員通過在電極界面進行金屬刻蝕處理，使得電極纖維表面富含缺陷結構，有效調控了Fe2+離子在電極界面的沉積反應成核特性，促進了鐵沉積反應均一性及氧化還原反應動力學，并利用理論計算和仿真分析揭示了Fe2+在碳缺陷處的雜化作用增強機制及鐵沉積過程演化規(guī)律。研究結果證明，電極界面優(yōu)化設計可有效提升鐵負極性能，為實現(xiàn)全鐵液流電池高效穩(wěn)定運行提供了新途徑。

　　此外，研究人員通過在溶液中引入極性溶劑，利用極性分子與氫鍵的相互作用，成功弱化了溶液的水合氫鍵網(wǎng)絡，將電解液凝固點有效降低到零下20攝氏度以下，且協(xié)同提升了鐵負極電化學可逆性，首次實現(xiàn)了全電池在零下20攝氏度的低溫條件下穩(wěn)定運行100小時。

　　趙天壽表示，多尺度電極結構的設計和優(yōu)化，以及流道結構的創(chuàng)新，為提高電池的能量效率和循環(huán)壽命做出了貢獻。此外，高電導率、高選擇性的液流電池隔膜的研發(fā)，以及高活性、高穩(wěn)定性電極表面材料的探索，都為提升電池性能提供了可能。

　　2021年以前，液流電池尚處于零星的小規(guī)模示范性項目建設階段。2022年10月，隨著大連融科100MW/400MWh大型液流電池儲能電站項目投運，液流電池的商業(yè)化應用開始邁上新臺階;2022年11月，我國首次GWh液流電池儲能系統(tǒng)集采落地。2023年，第二次和第三次GWh液流電池儲能系統(tǒng)集采相繼完成。

　　這也意味著，液流電池儲能技術已經(jīng)進入商業(yè)化發(fā)展的初期階段。國家層面的政策支持和產(chǎn)業(yè)空間的拓展，為液流電池的商業(yè)應用提供了良好的環(huán)境。同時，液流電池儲能系統(tǒng)成本的降低和性能的提升，也為大規(guī)模商業(yè)落地奠定了基礎。

　　隨著風光占比的不斷提高，電力系統(tǒng)對長時儲能技術的需求將更加迫切。液流電池儲能技術以其獨特的優(yōu)勢，有望在未來的電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。為了實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應用，需要持續(xù)推動新技術的工程化應用，完善產(chǎn)業(yè)鏈，并解決技術挑戰(zhàn)，以滿足新型電力系統(tǒng)對儲能的所有要求。

　　來源：維科網(wǎng)儲能