OB欧宝能源无处不在，但能源供应仍然供不应求。广阔的西北地区蕴藏着大量的“风”、“光”等可再生能源，但这些能源往往离能源消费中心城市太远。目前，实现能量的远距离传输似乎是解决这一矛盾的最佳选择。

长期以来，输电线路和电站充当着能源“搬运工”的角色，但总有难以跨越的坎。为了实现更灵活的供电方式，研究人员希望在能量收集和利用之间架起一座桥梁，创新储能方式。

中国科学院大连化学物理研究所（以下简称大连化学物理研究所）研究员李先峰团队在液流电池领域工作20余年。近日，团队领衔的“新一代液流电池储能技术及产业化团队”荣获2021年中国科学院科技进步奖。

OB欧宝“与传统电池不同，液流电池外部储存液态电解液，储能介质为水溶液，无火灾爆炸风险，安全性高，寿命长。也可以根据需要进行组合，实现功率和容量的自主调节。在电力系统储能领域具有广阔的应用前景。”李先峰告诉《科学中国报》。

从电池内部取出

电池看似是一个黑盒子，其实内部结构复杂，主要由隔膜、双极板、电极等关键材料和核心部件组成。 “提高储能电池的性能需要兼顾局部和整体，研发过程需要考虑多方面因素的相互作用和影响。”李先锋说。

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膜材料主要起到阻挡正负极和传输离子的作用。 “膜的离子电导率越高，质子通过的速度越快，但离子选择性会变差，导致膜两侧的离子相互‘穿梭’，增加电池的副反应和影响电池的性能。”大连化学物理研究所高级工程师施丁勤说。因此，如何平衡膜的离子电导率和离子选择性。开发一种兼具两者的新型隔膜材料是研究人员亟待解决的关键技术问题。

为了防止离子从膜的一侧穿梭到另一侧，研究人员致力于膜离子传输机制的研究。通过切断膜中的离子传输路径，提高了膜的离子选择性。但是，这种方法仍然不能完全解决两者之间的平衡问题。

李先峰团队在研究过程中发现，液流电池电解液中不同离子的半径不同。 “可以通过调节膜的孔径来实现离子的选择性传输吗？”带着这个想法，团队踏上了开发多孔离子导电膜材料的新征程。

微观世界复杂多变，难以掌控。研究长期未能取得突破，但团队的信念从未动摇。最终，他们从创新分子结构入手，突破了膜离子电导率和离子选择性的平衡，制备了高选择性、高电导率、低成本的多孔离子导电膜材料，并成功实现了量产。

双极板是电池的另一种关键材料，其作用是将每个单体电池串联起来形成电堆和集流体。与膜材料类似，双极板材料也面临“双高”的矛盾。 “含碳量越高，导电性越强，但韧性会变差，不利于电堆的紧凑组装。”大连化学物理研究所刘涛博士表示，高导电、高韧性新型双极板材料的开发是团队的工作。主要攻击目标。

近年来，团队专注于双极板材料的创新和结构设计，通过将多尺度、多维度的碳粉颗粒掺入聚合物增韧网络中，成功构建了更加发达的导电网络。

然而，市场上有无数的碳粉和聚合物材料。如何在众多材料中找到最佳的材料和配比，是一个亟待解决的问题。该团队为此尝试了数千种食谱。 “即使配方确定了，仍然不足以满足实际应用的需要，要保证制备和规模化生产的需要中国能源报电子版，提高材料的生产效率，降低成本。”刘涛说。

为此，团队不断探索和试制规模化、量产工艺，最终研制出一种新型的高导电、高韧性、可焊接的碳塑复合双极板，并实现了量产。 -制作。

算力

电堆的质量取决于放电功率和效率。高效率可以保证释放出等量的电量中国能源报电子版，也可以释放更多的电量。但所有电池在充放电过程中都有损耗。 “节省1度电，放出0.8度电，凭空消失的电就是损耗。”大连化学研究所副研究员郑琼举例说明。

在成功开发出性能优异的隔膜和双极板材料后，下一步将千方百计优化电堆结构和工艺中国能源报电子版，力求将损耗降到最低，更大程度提高功率。

功率由电流和电压决定。从理论上讲，在相同的电压下，增加电流会增加功率，但所有电池都存在极化问题。大连化学物理研究所副研究员邢峰介绍，“极化”的存在，使电池功率增加，效率降低。因此，研究人员急于提高电流，提高功率，同时堆栈始终处于高效运行状态。

在科研上，邢峰又加了一个“职业病”——爱算账。 “增加功率、提高效率、降低成本，核心是控制极化，需要不断地模拟和计算细节。”邢峰说。

在实际工作中，电池极化不会为零，只能通过技术改进不断降低。 “只有仔细考虑电池中的反应和转移过程中的每一个细节，电池堆的效率才会更高。”邢峰说。

电堆之于电池系统就像心脏之于人体一样。功能重要，结构复杂，调试优化工作繁琐，牵一发而动全身。往往这个指标有所提高，而其他指标偏低，难以实现指标的全面提升。

一开始团队只能做1千瓦以下功率的电堆，成本高，远低于市场准入门槛。如今，团队研发出新一代30千瓦高功率密度电堆，功率密度提升近一倍，成本降低近40%。它已经处于商业化和产业化的早期阶段。

如今，工业化如火如荼。该团队利用激光焊接技术实现了多孔离子导电膜与电极框架之间的直接密封，摆脱了电堆内部元件之间对密封垫片的依赖，提高了电堆的可靠性和组装水平。 “新一代全钒液流电池技术已初具规模，将继续开发和推广。”李先锋说。

服务新电力系统建设

电解液是电池运行的“血液”，钒离子是团队非常看好的电解液类型。这种离子有4个价态，不同价态的钒离子可以可逆地转化，完成充电、放电和再充电的循环。同时，水性全钒液流电池由钒离子组成，可大大降低火灾爆炸风险，安全性极高。

研究发现，全钒液流电池可自由组合成电池组，输出功率可达数百兆瓦，储能能力可达数百兆瓦时，可储存10万千瓦-几小时的电。

大连融科储能技术发展有限公司（以下简称大连融科）是依托大连化工研究院技术成立的专注于全钒液流电池储能技术产业化的企业。双方深入合作，共同推动全钒液流电池示范项目商业化，验证了实验室成果的可行性。

2016年，大连融科依托团队的技术支持，承担了世界最大动力全钒液流电池储能调峰电站国家示范工程建设任务。 2020年，团队推出新一代全钒液流电池技术30千瓦级电堆，获得众多好评，众多感兴趣的合作伙伴纷纷前来。目前，团队已与国内外多家公司建立合作意向，团队全钒液流电池技术已占据60%以上的市场份额。

在产业化过程中，团队发现企业有很强的研发需求。为此，团队扩大合作维度，在企业内建立实验室，搭建联合研发平台。 “市场需要从一开始就在科学研究的培养皿上成长。”大连融科副总经理王晓丽说。

产业发展，标准至上。团队还牵头制定了20多项标准，其中包括首个液流电池国际标准，提高了我国液流电池技术的国际话语权。

“归根结底，全钒液流电池解决了发电侧储存剩余电能的问题。从长远来看，还需要解决发电侧的储能问题。用户端。”大连化学研究所研究员袁志章说。

用锌基液流电池解决用户侧需求是团队产业化的另一个方向。锌储量大，成本低，潜力低，能量密度高。然而，在锌基液流电池的长循环过程中，电解液中的反应物离子更容易扩散到电极表面的突起处形成锌枝晶。电池的不断生长会刺破隔膜，最终导致电池短路失效。

因此，必须解决锌枝晶的形成和生长问题，才能实现锌基液流电池的真正应用。团队经过多年研究，研发出一种新型电极材料，可有效控制锌沉积形态，解决锌枝晶形成和生长问题中国能源报电子版，使锌基液流电池更接近大规模应用程序。

李先峰表示，碳达峰和碳中和目标给现有电力系统带来了更大的挑战。大规模储能技术的发展和新能源发电与现有电力系统的耦合中国能源报电子版，将使电力的传输更加高效，电力更加便捷，从而有助于构建以新能源为基础的新型电力系统。主体。

中国科学杂志（2022-02-10 第一版花絮）

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