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在我国，到2025年，新储能将从商业化初期进入规模化发展阶段，具备大规模商业化应用条件，储能新技术创新能力显著提升，核心技术和设备自主可控水平显著提升。

到2030年，新能源存储将迎来全面的市场发展。值得注意的是，尽管我国相关政策提出要推动多元化储能技术发展，开展钠离子电池、新型锂离子电池和液流电池等关键核心技术，但大型锂离子电池储能电站火灾爆炸事故频发。

对此，中国能源局提出，中大型电化学储能电站不应使用三元锂电池和钠硫电池。

因此，相对稳定和安全的流量电池受到了越来越多的关注。本文将介绍液流电池的结构、原理和技术路线，重点对全钒氧化还原液流电池和铁铬液流电池进行比较。

什么是液流电池

液流电池的结构是什么

液流电池主要由以下部分组成：

● 电池组（包括离子交换膜、双极板等）

● 电解质

● 液体储罐

● 循环泵

阴极电解质和阳极电解质由电池堆内部的离子交换膜隔离，并形成两个反应室。当电池运行时，循环泵驱动电解液在其各自的反应室中循环，并且氧化还原反应在其各自电极附近发生，通过连接到外部的双极板形成电流。

液流电池如何工作

液流电池的原理是用化学能储存电能。当电池充电时，电能被转换成化学能并储存在储液罐的电解液中；当电池放电时，电解液中的化学能转化为电能。

液流电池技术路线

液流电池有三种技术路线：

● 全钒氧化还原液流电池

是国内示范项目规模最大的电池技术，电解液为不同价态钒离子的硫酸溶液。

● 铁铬液流电池

电解质是不同价态的铁离子和铬离子的盐酸溶液。

● 溴化锌液流电池

由于溴化锌电池的循环寿命短、电池效率低，以及溴在溴化锌电解液中的金属腐蚀性，目前可能会淘汰溴化锌蓄电池。

什么是全钒氧化还原液流电池

钒氧化还原电池（VRB）是一种氧化还原电池，其中活性物质是循环液体。电能和化学能的相互转换是通过在两个不同价态的钒离子之间交换电子来实现的，这两个钒离子由隔膜隔开。

钒电池充电后，正极为V5+，负极为V2+；放电后，正极和负极分别为V4+和V3+溶液。正极和负极由隔膜隔开，隔膜只允许H+通过，而H+也在电池内部起到导电的作用。

随着相关示范项目的推动，全钒氧化还原液流电池的成本有望降低，从而促进其在产品技术方面的商业化。2022年5月，全球最大的100 MW/400 MWh全钒氧化还原液流电池储能电站将正式并网，这将加速全钒氧化氧化还原液电池的商业化。

什么是铁铬液流电池

Fe-Cr液流电池使用廉价且富含原料的Fe和Cr离子作为活性材料。20世纪70年代，NASA提出了液流电池的概念。十年后，日本也开发了千瓦级的原型。然而，由于铬离子活性低、电池容量衰减快等一系列技术问题，工业化进程缓慢。

全钒氧化还原液流电池vs铁铬液流电池

据了解，在液流电池的技术路线中，钒液流电池和铁铬液流电池在产业化方面处于领先地位。

技术路线比较

目前，钒液流电池和铁铬液流电池是两种主流的液流电池技术路线。以下是对两者的比较分析。

上游资源：钒vs铬：

据数据显示，2021，全球钒矿储量为2400万吨，中国储量将达到950万吨，占40%。中国是世界上钒储量最高的国家。

全球年均钒需求量约为12万吨，下游90%用于钢铁冶金行业。此外，2021，世界铬矿储量为5.75亿吨，铬资源丰富。

此外，中国对外国铬矿的依赖超过90%，是世界上最大的进口国。中国的铬储量只有407万吨，占全球储量的不到1%。中国每年的铬矿进口量约为1400万吨，主要来自南非。90%的下游应用用于钢铁冶金行业。

关键材料的价格差异：五氧化二钒与铬铁：

全钒氧化还原液流电池和铁铬液流电池电解液的关键原料分别是五氧化二钒和铁铬合金。由于元素供应丰富，铬铁的总体价格更便宜。最近五氧化二钒的平均价格约为10万元/吨，而铁铬合金的平均价格仅为8000元/吨。

钒价更有可能波动。考虑到原材料的来源，目前，75-85%的钒来自钢铁冶金加工获得的钒渣的提取。钒的供应受到钢铁产能的限制，这很可能导致更大的价格波动。铬可以直接从铬矿石中提取，没有类似的问题。

全钒氧化还原液流电池的优缺点

优势：

● 电压水平和能量密度略高于铁铬流量

钒离子的反应活性高于铁铬离子，电池功率相对较高。根据数据，全钒氧化还原液流电池的开路电压水平为1.26V，铁铬液流为1.18V。

因此，全钒氧化还原液流电池的电压水平和能量密度略高于铁铬电池，但两者之间仍存在较大差距。

● 单堆功率和商业化过程更先进

在液流电池领域，全钒电池的商业化速度最快。目前，全钒电池的项目总数和单个项目规模均领先于铁铬电池，技术成熟度和商业成熟度更好。

● 全钒电池单电池组具有更高的功率和更成熟的技术

单个堆栈的功率可以作为判断技术成熟度的关键辅助指标。目前，全钒氧化还原液流电池项目单堆功率已达到400V，而铁铬电池单堆功率为30-40V，仍需进一步追求。

据推断，到2025年，单个铁铬电池组的功率可能达到所有钒电池的当前水平。

缺点：

● 储能技术成本过高，难以大规模应用

● 技术生产技术尚未稳定，泄漏技术尚未克服

铁铬液流电池的优缺点

优势：

与全钒电池相比，铁铬电池的最大优势是电解液成本更低。尽管电池结构相似，但由于钒的价格较高，全钒电池电解液的成本可占电池总成本的53%，而铁铬电池电解液的价格仅为10%。

根据计算，铁铬电解液的每瓦时成本仅为钒电解液的11%，具有显著的成本优势。

在长期储能的趋势下，随着系统存储时间的增加，电解液成本占系统成本的比例有望继续上升，未来低成本电解液的优势将更加明显。

缺点：

● 低能量密度

市面上锂电池的能量密度基本可以达到400Wh/L，而铁铬液流电池的最大能量密度只能达到20Wh/L，与之相差甚远。正是因为铁铬液流电池的能量密度低，所以体积比其他电池大得多。

● 能量转换率低

目前，新能源汽车上动力电池的能量转换率可以达到80%以上，而铁铬液流电池的能量转化率远低于80%。毕竟，这是一项新引入的电池技术，在这方面仍有很大的进步空间。

总结

与钒液流电池技术相比，铁铬液流电池具有更明显的优势，主要体现在：

● 全球铬储量大，电费低

世界上铬的探明储量已达6.85亿吨，而钒只有2200万吨。这是铁铬液流电池低成本的关键，而且还有大幅降低的空间。

● 更宽的温度适应范围

铁铬液流电池可适应零下20℃的环境，工作温度范围为–20C-70C。钒液流电池的工作温度为5C-50C。

铁铬液流电池具有强大的竞争优势，未来有望广泛应用于太阳能、风能等发电侧，以及智能微电网、用户侧等领域。

铁铬液流电池受到市场青睐，这进一步使铬产业链具有良好的前景。据预测，2022年，铁铬液流电池的全球出货量为0.42 GW，拉动重铬酸钠需求量1.17万吨；2025年，铁铬液流电池的全球出货量将达到12.01 GW，从而推动重铬酸钠需求量增加33.47万吨。

液流电池的未来发展趋势

长期储能的长期趋势是明确的，但由于技术不成熟、成本高、需求不够迫切等原因，短期内仍没有大规模应用。在中国，储能装机容量仍以强制短期储能2-4小时的政策为主。

未来，随着存储时间的增加，液流电池的每瓦时成本将降低。液流电池的功率和容量是独立设计的。提高储能能力后增加最多的成本是电解液和储液罐。电池组的成本相当于恒功率条件下的固定成本。

因此，储能时间越长，电池组的成本越低，整个电池系统的成本也越低。目前，液流电池项目持续2-4小时。如果未来储能时间增加到8-10小时或更长，液流电池的经济性将得到进一步体现。

在液流电池领域，全钒电池的发展相对成熟，但铁铬电池的长期成本优势更为明显。

除铁铬液流电池外，中国还在飞轮储能、水储热、熔盐储热、固体储热、相变储热等技术上深耕。未来，全钒流还是铁铬流将主导液流电池仍不确定。

对于液流电池本身来说，未来锂电池的成本可能会快速下降，或者氢储能的发展速度将远超预期，未来甚至更新更好的技术将取代现有的技术路线。一切皆有可能，因为科学和技术在曲折中不断进步。