液流電池的機遇、挑戰(zhàn)與解決方案分析報告-培訓課件

技術經(jīng)濟分析材料創(chuàng)新電池設計與集成合作伙伴市場預測國內液流電池市場規(guī)模預測24841320.2 204 0.41.11.705010048 0.715020025000.511.522.53新增投資（億元） 新增裝機（GW）2021

2022

2023

2024

2025數(shù)據(jù)來源：CNESA計算假設：液流裝機平均時長4小時，裝機成本3元/Wh地點規(guī)模狀態(tài)遼寧大連100MW/400MWh并網(wǎng)湖北襄陽100MW/500MWh采購中核匯能1GWh開標湖南吉首100MW/400MWh簽約國內液流電池裝機進展2全釩液流電池與鋰離子電池對比對比內容鋰離子電池全釩液流電池能量密度150-200

Wh/kg35-50

Wh/kg循環(huán)壽命2500-3000次>15000次（100%深度充放）日歷壽命6-8年20~30年系統(tǒng)效率80-85%70-75%安全性有潛在的安全風險非常高深度充放能力20-80%充放電區(qū)間10-90%充放電區(qū)間深度充放影響使用壽命深度充放對壽命無影響容量衰減性不可逆衰減，衰減到80%退役有衰減、可恢復SOC精度分析精度低（10%以內）在線測、精度高（2%以內）電池一致性一般好3關于能量密度對比的誤區(qū)技術地點規(guī)模占地面積（畝）單位面積（m2/MWh）全釩液流

遼寧大連10MW/40MWh5.693全釩液流

遼寧大連100MW/400MWh3761鋰電池

湖南城步100MW/200MWh31102鋰電池

山西右玉400MW/800MWh157131鋰電池

山西山陰400MW/800MWh125104鋰電池

寧夏寧東200MW/400MWh60100鋰電池

山東滕州101MW/202MWh3099全釩液流電池的高安全性使其可以采取更為緊密的排布方式，從而減少用地面積。10MW級別以上，液流電池儲能站的每MWh占地面積已低于鋰電池儲能站。4投資成本分析性能指標鋰離子電池（磷酸鐵鋰）儲能電站釩液流電池儲能電站規(guī)模100MW/400MWh100MW/400MWh循環(huán)壽命（次）2500-3000＞15000服役壽命（年）825儲能系統(tǒng)效率85%70%每年容量衰減率2.5%1.5%設備利用率96%全系統(tǒng)初投資1600（元/kWh）3600（元/kWh）系統(tǒng)初始投資64000萬元144000萬元25年設備更換費用約為初始投資的1.8倍，約115200萬元約為初始投資的5.6%，約8000萬元25年每度電成本0.72元/kWh0.75元/kWh25年后系統(tǒng)殘值10%45%約5200萬元約65000萬元25年全生命周期每度電成本0.70元/kWh0.56元/kWh67核心材料的挑戰(zhàn)與改進電

解液：高濃度穩(wěn)定性濃度大于1.5

M

的

V(V)離子的高溫（>

50

oC）以及其它釩離子的低溫（<

10

oC）穩(wěn)定性改進方法：采用混酸作為支持電解質（如：HCl+H2SO4）無機添加劑（如：NH4

、PO4

）+ 3-有機添加劑（如：含有-OH、-NH2、-SH基團的有機物）

電極：釩離子電對氧化還原活性釩離子氧化還原涉及多個中間步驟，動力學緩慢副反應（如：析氫反應）改進方法：碳氈表面處理（如：酸/堿氧化、熱處理）復合納米碳材料（如：氧化石墨烯、碳納米管）有機/無機添加劑（如：Sb3+、Bi3+、甘油、正丙醇）

隔膜：釩離子及水的遷移電解液遷移導致自放電隔膜需同時滿足高質子傳導、高離子選擇性、高阻釩性、高化學穩(wěn)定性、良好的機械強度改進方法：PAN多孔膜及其改性膜改性磺化聚酰亞胺膜改性PBI膜與Nafion的混合膜8電解液：兩性離子型分子添加劑丙烷磺酸吡啶嗡鹽(PPS)對電極與電解液界面的影響示意圖兩性離子型分子添加劑通過配位作用及靜電斥力作用提升

V(V)電解液的熱穩(wěn)定性。添加劑篩選機制S.Liuetal.Ionics,2020,26(6):

3147-3159.電極：碳氈表面修飾促進V2+/V3+氧化還原S.Liu*etal.,Adv.Funct.Mater.2022,

2111661氧化反應過程為負極反應速率控制步驟調控催化劑電子結構選用富電子的異質N原子摻雜TiB2來探究缺電子位點對反應活性的影響-45-30-15015dcCurrentdensity/mA

cm-2Potential/V

(vs.RHE)abGeometric

areaE=78

mVE=362

mVE=628

mVa:

Pristineb:Acetylene

blackc:

TiB2

d:

TiB2-NE=172

mV3060750-0.6 -0.3 0.0 0.3 1510203040-Z''/

Ohm45Z'/

OhmPristineAcetylene

black

TiB2TiB2-N-0.6-0.4-0.20.2Potential/V

(vs.RHE)SOC=

0%a:

Pristine0.0

b:Acetylene

blackc:

TiB2d:

TiB2-Nb

a d

c-4 -3 -2 -1 0 1 2 -3 -2 -1-0.6-0.40.0Potential/V

(vs.RHE)lg|j|/

mAcm-2 lg|j|/mA

cm-2SOC=

100%a:

Pristineb:Acetylene

black-0.2

c:

TiB2d:

TiB2-Na

b d

c0 1 2從實驗和理論計算證明了TiB2的缺電子位點加快了V2+電化學氧化為V3+的過程8電極：碳氈表面修飾促進V2+/V3+氧化還原電極改性：缺電子活性位點加速全釩液流電池負極速控步驟V2+，V3+，H+，SO42-的反應級數(shù)分別為1，1，0和0；V2+/V3+為內層電子轉移反應過程富含缺電子位點的TiB2催化V2+電化學氧化反應過程的機理示意圖S.Liu*etal.,Adv.Funct.Mater.2022,

21116619電極：碳氈表面修飾促進V2+/V3+氧化還原電極改性：缺電子活性位點加速全釩液流電池負極速控步驟空白電池放電過程的電阻明顯大于充電過程；富含缺電子位點的TiB2組裝成電池，顯著降低電池放電過程中的過電勢。S.Liu*etal.,Adv.Funct.Mater.2022,

21116611012隔膜：低成本聚酰亞胺膜枝化側鏈型磺化聚酰亞胺膜提升質子選擇性、穩(wěn)定性、阻釩性能、機械性能。S.Liuetal.J.PowerSources2017,347,

114-126.13其他方面的技術挑戰(zhàn)與優(yōu)化有效面積的大小與長寬比例單電池堆棧數(shù)量液流框的流道設計碳氈厚度與壓縮率雙極板的機械強度與防滲漏電池最佳充放電策略SOC的在線檢測電解液的容量衰減與再恢復。。。。。。CN209298249U，一種全釩液流電池的液流框CN109494377A，一種一體化雙極性電極及其制備方法CN101702441B，一種液流電池堆CN101651220B，一種高度密封的液流電池CN101651195B，用于液流電池的進出液嘴裝置及包含其的液流電池CN2727974Y，用于氧化還原液流電池組裝的框架CN1306636C，一種電池集電體及其制備方法