大会回顾：

8月2-4日，由中国化学与物理电源行业协会、中国电子学会化学与物理电源技术分会、中国电工技术学会电池专业委员会、化学与物理电源全国重点实验室主办，天津中电新能源研究院有限公司、《电源技术》编辑部承办的“电能源前沿技术与应用研讨会”在天津社会山国际会议中心酒店盛大开幕。本次大会聚集了国内外顶尖的电能源领域专家，包括中国工程院院士杨裕生、中国科学院院士南策文等在内的众多学者、行业精英共500余人共聚一堂，共同探讨电能源技术的最新进展，为促进产业创新和可持续发展提供了高端对话平台。会议期间图片直播，浏览量突破11万余次。

中科院大连化学物理研究所首席研究员 张华民

很高兴今天这么多人来关注先进发电和新型储能，我是中科院大连化学物理研究所张华民。我报告的题目是《液流电池储能技术、产业格局及展望》。

报告内容分六个方面：

1、为什么要发展大规模、长时储能技术

20多年前我刚开始做储能的时候，有人说电网100多年都没有储能照样运行，做啥储能呢？储能真正引起大家重视的是“双碳”目标提出，20多年前我认为将来的能源将是可再生能源，储能是避不开的关键核心技术。

发展新能源，可再生能源是能源结构转型发展的必然趋势。但是，风能、太阳能是典型间歇性能源，而电网要求稳定、安全供电，因此，要保证新型电力系统的稳定运行，必须有储能平衡发电和用电时差的矛盾，实现电网稳定供电。

国际长时储能理事会是在2021年11月份联合国气候峰会期间，全球25个国际大的科技公司和高技术公司的高管成立的一个长时储能理事会。他们跟麦肯锡这个国际权威咨询机构合作，写了一个调研报告，认为一旦可再生能源发电达到电力系统60%以上份额的时候，长时储能系统将会成为成本最低的灵活性解决方案。

美国也有一个规划，美国能源部规划在2035年实现100%的清洁电力，要求有大规模的储能技术做支撑。要求储能系统最少使用15到20年，储能时长在10小时以上。美国能源部定义的长时储能时长在10小时以上，最近美国能源部又支持时长在16小时以上的储能项目。

我最早的研究方向是氢燃料电池，研究储能技术我只做电化学储能，电化学储能在大规模储能当中，我认为高安全性、长寿命的液流电池应该是一个重要的研究方向。

“新能源+储能”新型电力系统需要什么样的储能？我个人的观点如下：

第一，本征安全，不会发生着火爆炸。去年以来全球有17个锂离子电池着火爆炸的情况，所以高安全性是大规模储能的重中之重。

第二，大规模，大容量。在额定功率下长时放电。为什么？因为太阳能电池下雨阴天发不了电，而且下雨阴天不是下两个小时，有时下一天甚至更长时间，电网的电不够用就要靠储能补充。

第三，使用寿命在15到20年以上。

因此，我认为全钒液流电池储能技术满足大型储能电站对储能技术大规模、大容量、高安全性、低成本、长寿命、长时放电以及环境友好的要求。

2、液流电池的种类、特点及产业化挑战

现在液流电池很多。目前真正能在长时储能中商业化应用的，主要是钒液流电池。新溴液流电池目前也有很小的市场份额，一般应用于小规模储能系统。从发展看，最早提出来的是铁铬液流电池，但是铁铬液流电池存在很多问题，现在有很多企业在做，但是有很多问题难以解决。

英国曾经做过多硫化钠/溴液流电池，曾经做过12兆瓦/120兆瓦时和15兆瓦/120兆瓦时两个储能电站，运行了很短的时间宣布终止，就是正负极电解液互串，我最早2000年开始布局液流电池的时候，首先想到的是多硫化钠/溴液流电池。我的第一个博士生，就是让他做多硫化钠/溴液流电池，因时电解液便宜，但是做了一年以后发现多硫化钠/溴液流电池体系正负极电解液活性组分互串严重，容量衰减很快，难以产业化。所以第二个研究生开始研究全钒液流电池。

还有锌铁液流电池，锌铁液流电池美国VIZINK公司最早开始做，做了十几年到现在好像还没有什么成功的示范项目，有很多科学问题没法解决。一个是氢化铁溶解度比较低；第二，温度比较敏感；第三离子强度比较敏感，电解液不可逆迁移，向一个方向迁移非常严重；第四，锌的沉积不均匀，锌枝晶问题，还有面容量低等问题。现在也有人在做，但是没有见过有成功的工程示范项目。

全铁液流电池，我们也在做，因为我们学生比较多，所以各种体系都在做，因为它有很多挑战，如液-液型碱性全铁液流电池中，铁络合物稳定性较差，导致铁基液流电池循环寿命较短，氰化铁的溶解度较低等，产业化还是比较难。

还有很多锌基液流电池，我们团队研究过很多锌基液流电池体系，包括锌溴，锌镍，锌铁、还有锌碘液流电池体系，这些锌基液流电池体系存在很多共性科学问题或者挑战有待解决，一个是保证锌的沉积能够致密一点，电流密度很低，像做锌溴液流电池的美国ZBB公司，它的工作电流密度是13 mA/cm2，全钒液流电池现在都是200 mA/cm2以上运行。尽管有些锌基液流电池电解液便宜，但是运行的额定电流密度很低，电堆要做得非常大，成本主要在电堆上。

第二，锌的沉积，它的面容量很低，不能用于长时储能，我们做锌基液流电池20多年，现在可有效循环的面容量大约为120 mWh/cm2，面容量很低。

第三，生成锌枝晶问题，锌枝晶穿透膜会引起短路。

第四，放电过程中沉积在电极上的金属锌脱落在电解液中，造成储能容量不可逆胸衰减。

第五，沉积锌在放电过程当中不能全部放电，所以会造成锌的累积问题。

第六，析氢问题。

尽管现在很多家在做锌基电池，但是关键的科学问题，基本的技术问题没有解决解决之前，很难真正产业化。

全钒液流电池，两面都是钒离子的水溶液，钒有四个价态，在充放电过程中，正极是四价和五价变化，负极是三价和二价变化。无论是正极的钒串到负极电解液去，还是钒，负极的钒串到正极去也还是钒，只要把价态调整好，它的储能容量是可以恢复的。

钒液流电池的优势很多：

第一，本征安全的，因为是水溶液，不会着火或爆炸。

第二，电解液是半永久性的，是可以循环使用的。充放电循环寿命可以达到13000次以上，使用寿命在20年以上，是电化学电池当中寿命最长的。

2006年，我们组装出一个1000瓦的钒液流电池储能系统，运行了差一个月6年，每天7个充放电循环，总共有效充放电循环12420次，最后因为其他原因把这个电池拆了，拆之前测了一下电池性能，能量效率仅衰减了5%，循环寿命是15000次以上是绝对没有问题的。

3、钒液流电池的价格分析及生命周期经济性

一提到钒液流电池，大家都讲钒液流电池价格昂贵，包括有些做钒液流电池的人也这样说。实际上从生命周期讲，钒液流电池在电化学储能当中是最有经济性的。钒液流电池有一个特点是储能时间越长越便宜。

目前，钒液流电池初次投资成本比较高，它的电解液永远不会报废，可以循环使用。4小时储能，初次投资成本当中电解液占53%，但是使用20年以后，电解液按照70%的残值来算，还有710块钱的残值，实际价格不到15000元/kWh，运行时间是20年。

如果是10小时储能，现在的市场价格应该是1800元/kWh，这个时候电解液占71%的成本，去掉残值以后，实际成本运行20年只有810元/kWh。

如果是20小时储能，电解液成本占85%，运行20年，实际成本是600元/kWh。所以，应该说从生命周期讲，而且钒电池跟锂离子电池不一样，锂离子电池报废以后无害化处理是要花钱的。而钒液流电池储能系统报废后是环境友好的。

4、钒液流电池储能技术的降本途径

目前，钒液流电池储能系统初装成本高，商业模式有待创新，但它的材料全部国产化了。

降低材料成本途径是提高电池的额定工作电流密度。

一是技术创新，材料创新，电堆结构创新，再一个提高电解液利用率。

二是商业模式创新，电解液是一个金融产品，实现租赁方法解决这个问题。

钒液流电池的关键材料，一个是双极板，一个是电极，一个是离子交换膜，对于同样输出功率的电堆，在不同电流密度下，对电池材料的需求量不同。基本上电流密度提高一倍，材料用量降低一半。所以，提高电流密度，是“降本”的主要成本。

我们2020年了一个2000 W电堆，按照国家标准电堆的能量效率不能低于80%，在这个条件下我们发现，工作电流密度可以提高到345 mA/cm2，现在可以更高。现在商业化的电堆，额定工作电流密度可以达到200 mA/cm2。如果额定电流密度提高到300 mA/cm2，除电解液以外的钒液流电池储能系统还有30%的降本空间。

5、液流电池的发展历程及产业化现状

1970年代，美国宇航局THALLER博士提出了铁铬液流电池，1985年由澳大利亚新南威尔士大学的Marria Kazacos提出，我们团队在全球首先实现了产业化。我回国今年是24年，有9位中央政治局常委到过我实验室或我技术转让的公司。

2012年，我们建成了当时全球最大的5 MW/10 MWh的项目，已经运行了11年多，现在还在运行，到今年11月，就是12年，说明它的寿命是很长的。

大连200 MW/800 MWh的项目一期工程做得非常好，现在在推二期。利用这个储能电站，2024年6月份首次在全球完成了新型储能黑启动城市电网大容量火电机组试验，创新性实现钒液流电池储能电站带动35万千瓦火电机组点火并网。

6、钒液流电池储能技术的发展前景及展望

英国的IDtech咨询公司认为在2031年前后，钒液流电池可能在装机容量上超过了锂离子电池。国际长时储能理事会认为，8小时以上的长时储能在2030年，功率上会占到30%，容量上占到50%。24 h以上的储能在2030年以后会迅速发展。

去年我国投运50 MW/210 MWh，我前几天给头部的四个液流电池公司的领导打电话了解了一下，大概今年到今年7月已经签的合同是720 MW/3.13 GWh，发展前景是非常好的。时间关系讲到这里，谢谢大家！