液流电池种类与性能比较

液流电池一种新型电化学储能技术，是一种新型蓄电池，是一种利用某些元素（通常是金属）氧化态的能量差来储存或释放能量的电化学转换装置。液流电池通过正、负极电解质溶液活性物质发生可逆氧化还原反应（即价态的可逆变化）实现电能和化学能的相互转化。充电时，正极发生氧化反应使活性物质价态升高，负极发生还原反应使活性物质价态降低，放电过程与之相反。与一般固态电池不同的是，液流电池的正极和（或）负极电解质溶液储存于电池外部的储罐中，通过泵和管路输送到电池内部进行反应。

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液流电池具有容量高、使用领域（环境）广、循环使用寿命长的特点，是一种新能源产品。液流电池最显著特点是规模化蓄电，在广泛利用可再生能源的呼声高涨形势下，可以预见，液流电池将迎来一个快速发展的时期。液流电池。不同类别的液流电池具有不同的化学成分，包括最常用的钒，以及不太常用的锌-溴、多硫化物-溴、铁-铬和铁-铁等。

1、 铁铬液流电池

铁铬液流电池是最早提出的液流电池技术。目前，铁铬液流电池还存在一些技术问题，如：

- 负极的析氢问题降低了电池的能效；

- 正负极交叉污染会降低电池容量和效率，导致所用离子传导膜需要高选择- 性，目前进口全氟磺酸膜成本较高；

- 铬的氧化还原性能较差，电池的最佳工作温度较高。

2、全钒液流电池

全钒液流电池是目前商业化程度最高、技术最成熟的液流电池技术。具有能量效率高、循环寿命长、功率密度高等特点，适用于大中型储能场景。但对于全钒液流电池而言，钒电解液成本约占电池成本的60%，大大提高了初期投资门槛。

3、锌溴液流电池

锌溴液流电池正极采用Br-/Br2电对，负极采用Zn2+/Zn电对。当阴极充电时，Br-被氧化成Br2单质，Br2单质会与溶液中的有关物质结合，沉降在电解液底部。因此，锌溴液流电池是单沉积液流电池。锌溴液流电池是除全钒液流电池外更成功商业化的液流电池技术。

在应用方面，由于其模块化设计优良、成本低、安全性高等特点，早期锌溴液流电池更多用于用户侧套利和提高供电稳定性，使用规模较小。近年来，可再生能源的快速发展带动了锌溴液流电池在发电侧和电网侧的大规模应用。

4、锌铁液流电池

1981年提出了碱性锌铁液流电池，随后提出了中性和酸性锌铁液流电池，但后两者均未达到工程应用水平。碱性锌铁液流电池具有较高的开路电压，与多孔膜和多孔电极结合可以在高电流密度下长时间循环。酸性锌铁液流电池充分利用了铁离子在酸性介质中溶解度高、电化学性能稳定等优点，但正极侧受pH值影响较大。

中性锌铁液流电池以其无毒无害、环境温和等特点逐渐受到关注。与多孔膜结合可以有效降低电池成本。无论何种锌铁液流电池，正极侧都存在锌枝晶，表面容量有限，这已成为锌铁液流电池产业化必须考虑的问题。

技术上，锌铁液流电池与其他沉积电池和锌电池一样，面临着锌枝晶与功率和容量不能完全脱钩，负极表面容量低等问题。同时，锌铁液流电池作为一种较新型的液流电池，其离子导电膜等相关部件的产业链尚不成熟，极大地制约了其商业化推广应用。

5、锌镍单液流电池

锌镍单体液流电池结合了锌镍二次电池和液流电池的优点。与锌溴单液流电池的结构类似，锌镍单液流电池正负极使用相同的电解液，不需要离子交换膜，结构简单。

在应用方面，锌镍液流电池还处于商业示范阶段。处于实验室阶段的锌镍液流电池综合性能较好，也进行了初步的应用示范。但由于镍价快速上涨，锌镍单液流电池的价格竞争力迅速减弱，技术开发和部署处于相对停滞阶段。

在技术层面，对于电池的短路以及锌枝晶和积累导致的电池寿命的降低还有待进一步研究。锌镍单液流电池正负极面积容量低，功率和容量不能完全脱钩，电池正极需要高成本的烧结镍来保证长寿命的问题有待解决。

6、全铁液流电池

与钒相比，铁的效用更高，成本更低。全铁液流电池分为酸性和碱性体系，酸性全铁液流电池商业化发展相对成熟。

全铁液流电池的技术问题主要在于与铁铬液流电池相似的负极析氢反应以及需要抑制氢氧化铁析出物的形成。

这些问题会大大降低电池的运行效率，降低电池容量，并有堵塞离子导电膜的风险。国内关于该液流电池体系的研究和商业化开发的报道较少。

7、高性能锌基液流电池

此外，2022年，基于对碘的氧化还原反应机理的深入理解，研究人员提出了基于聚碘络合物的碘正极溶液。有效释放了碘正极的容量，实现了锌碘液流电池的高能长循环运行。

改进后的锌碘液流电池放电容量显着提升58%，能以70%的能量效率稳定循环600次，为高性能锌碘液流电池的发展提供了新途径.

8、锌空气液流电池

锌空气液流电池在充电过程中，阴极发生析氧反应，锌离子以金属锌的形式沉积在金属阳极上。在放电过程中，阴极发生氧还原反应，阳极上的锌溶解并以锌离子的状态储存在电解液中。

从技术上讲，锌空气液流电池与大多数其他锌液流电池一样，也面临着锌枝晶的问题。同时也面临着电流密度低，析氧和氧还原双效催化剂开发不完全等问题。

结论

长期来看，全钒液流电池将在储能方向替代锂电池。全钒液流电池是目前应用最广泛的液流电池技术，具有适合大规模储能、能量转换效率高、循环寿命长、充电方便等优点。而且电池系统的功率和容量相互独立，适用于大规模储能场景。同时，全钒液流电池充放电性能好，能量转换效率高。从下游应用场景来看，液流电池的价值主要应用于电网调峰、应急发电装置、电动汽车电源等领域。

在政策层面，随着我国双碳目标的确立，能源结构调整不断加快，新能源发电装机容量不断增加，储能需求也随之快速增加。国家陆续出台了一系列鼓励新型储能技术发展的政策，这将极大推动全钒液流电池在储能领域的快速发展。

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