液流電池取代鋰離子電池？中間還隔著一個石墨烯

　　日前，美國哈佛大學的研究團隊研發出了一種新型的液流電池。該團隊表示，這種液流電池不僅可用于智能手機領域，還可被用于包括可再生能源在內的新型能源應用領域。

　　在移動時代，電池技術成為重中之重，甚至可以說沒有電池就沒有移動時代。然而，續航能力薄弱等問題存在于移動設備的電池中，電池技術的突破一直是尖端難題，從而制約了移動時代的進一步發展。所以研究人員一直在探索更加有效的發電能源，以期提升續航能力。

　　實際上，液流電池并非新技術，早在上世紀60年代就已經出現。與鋰電池相比，液流電池確實有一些優勢。然而，這項技術一直處于研發階段，遲遲未能投入實際應用，其原因就在于自身的局限性。

　　一、液流電池特性決定優勢，某些方面優于鋰電池

　　哈佛大學的團隊是由材料與能源科技教授Michael Aziz及化學與材料科學教授Roy Gordon所領導的。他們所研究的新型液流電池基于一種中性PH水溶液中的有機分子進行發電，其安全性與壽命皆優于目前的電池產品。

　　其實，液流電池領域并不算“荒地”，上世紀60年代，鐵—鉻體系的氧化還原電池就已經出現，可看作是全釩液流電池的前身。經過多年的研發，該技術已經取得了長足的進步，并有望投入商用。與鋰離子電池相比，這種液流電池確實存在優勢。

　　第一，其規模可大可小，設計靈活。

　　對于儲能系統來說，最重要的因素是電量和功率。通常情況下，釩液流電池可承受的功率取決于電堆大小，而電量的多少則與儲能罐的大小成正比。無論工程項目對儲能系統提出怎樣的要求，設計者都可以靈活地做出相應的設計并且能夠隨時進行調整。

　　上圖為液流電池結構圖

　　反觀鋰離子電池，則是將儲能材料涂在集流體表面形成電極，其工藝及性能都是固定的，很難根據具體項目進行調整。兩相對比之下，液流電池的優勢顯而易見。

　　更重要的是，液流電池具有可擴展性。液流電池不管存儲量如何，結構和控制方法幾乎都一樣，只要將儲能電解液混合均勻，就可以保證SOC(充放電深度)一致。

　　如想制造同樣規模的鋰電池，則需要堆疊電池數量，同時運用極為復雜的BMS(電池管理系統)來管理每節電池的溫度及SOC。稍有不慎，過充、過放、過熱都會導致電池報廢甚至引發危險，這也是為何智能手機電池有時會發生爆炸的重要原因。

　　第二，液流電池壽命長。

　　目前市面上的鋰電池壽命約為1000~5000次。其主要儲能原理是在固態電極上的嵌入和脫嵌，此種方式極易產生裂紋從而使電池壽命終結。

　　液流電池的充放電機理則是基于化合價的變化，而非普通電池的物理變化，故而使用壽命極長。而且全釩液流電池由于正負極之間隔著離子交換膜，避免了正負電解液因混合而發生交叉感染的可能，相較于其他液流電池壽命更長。

　　第三，液流電池安全性極高。

　　正如第一點中所提到的，液流電池的特性使其安全性能得以保障。無起火或爆炸隱患，即使遭遇大電流也不會有什么安全問題。

　　此外，液流電池能量效率高達75%~80%，啟動速度只需0.02s，且電池部件多為廉價的碳材料，無需貴金屬作催化劑。

　　目前，全球范圍內生產全釩液流電池的企業主要包括美國UniEnergy Technologies公司、奧地利Gildemeister公司、日本住友電工公司以及中國大連融科儲能技術發展有限公司。

　　其中，融科儲能公司累計實現全釩液流電池裝機容量超過12MW，占世界總裝機量的40%，而且還擁有世界上第一套實際并網運行的5MW級大型工業儲能裝置。這意味著中國各項指標都處于國際領先水平。

　　盡管液流電池有如此多的優勢，且有一定規模的生產和應用，但目前并未看到其大規模的投入商用和進入消費級市場，原因在于液流電池自身存在的局限性頗多。