編者按:作為能源革命中的“關鍵一環(huán)”，儲能來勢洶洶。面對浪潮，商界人士如何看待“藍海”里的機遇與挑戰(zhàn)？面對資本狂熱，投資者如何理解行業(yè)所處周期？技術路線百花齊放，技術專家將如何攻克產(chǎn)業(yè)化瓶頸走出實驗室？21世紀經(jīng)濟報道策劃“儲能21人”欄目，我們將直抵行業(yè)前沿，聚焦產(chǎn)業(yè)中那些具體的人，記錄來自一線的聲音。

本期，21記者對話中南大學化工學院教授劉素琴。

新型儲能技術路線百花齊放，以兼容可再生能源并網(wǎng)為需求的4小時以上的長時儲能，正成為新型電力系統(tǒng)建設中的下一個風口。這之中，液流電池的產(chǎn)業(yè)化進度備受關注。

自20世紀90年代末以來，中南大學、大連化學物理研究所、清華大學、中科院沈陽金屬所等機構(gòu)陸續(xù)投身全釩液流電池的研發(fā)工作，攻克多項關鍵核心技術。

作為最早一批在國內(nèi)從事全釩液流電池領域研究的專家，劉素琴向21世紀經(jīng)濟報道記者回顧了過去20年全釩液流電池技術在中國從無到有、從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化的歷程。

在迎接市場需求快速膨脹的過程中，技術專家如何看待產(chǎn)業(yè)下一階段的發(fā)展方向？

全釩液流電池的國產(chǎn)化之路

上個世紀80年代，科學家首次提出了全釩液流電池。

2002年，在國家政策的推動下，攀鋼與中南大學合作釩電池研發(fā)，全釩液流電池開始進入商業(yè)化探索。

“2002年，剛剛進入液流電池領域進行研究的時候，當時行業(yè)真的還是挺冷的。”中南大學化工學院教授劉素琴在接受21世紀經(jīng)濟報道記者專訪時回顧當時的情景。

劉素琴告訴記者，“當時，只是文獻上說有一種可能性，我們從中得到一個啟示。由于釩有不同的價態(tài)，正負極都用釩是可以做成電池，能夠充放電，但是我們當時并不能從文獻上看到整個電池的結(jié)構(gòu)。”

因為液流電池的結(jié)構(gòu)和基本原理都和鋰電池不同，“研究過程中，走了很多的彎路，碰了很多的壁。”劉素琴感嘆。例如，液流電池的電解液絕不能夠在隔膜中互穿，否則就會變成自放電，所以僅是隔膜材料的確定就經(jīng)過了很多年的摸索。

“從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化，所有的材料都沒有現(xiàn)成的，都得自己去研發(fā)，市面上也找不到液流電池的配套元器件。工作量很大，進度緩慢。”劉素琴回憶道。“像電極材料的原氈材料，原來我記得剛開始是拿的保溫氈，但是保溫氈厚薄很不均勻，要做很多工作進行調(diào)整。”

“即使是在實驗室的研究，它的投入也是要比常規(guī)電池的研究更昂貴，對經(jīng)費的要求高一些。這樣的話，也會阻礙一部分人進來做這個領域的研究。”現(xiàn)實的困難使得整個行業(yè)步履維艱，劉素琴回憶，“液流電池的隔膜在2002年的時候是12000多元一平方米，后來外部采購的價格也要1萬塊錢一平方米。”

除了電極、電解液、隔膜，還需要組成電池的整個系統(tǒng)。“在做電池到電堆的過程中，如果電堆結(jié)構(gòu)沒有很好的優(yōu)化，電池材料是發(fā)揮不了它最佳性能的。”劉素琴告訴21世紀經(jīng)濟報道記者。

從國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)進展也可瞥見一角。2006年，中科院大連化學物理研究所研制出10kW電堆，2009年，北京普能收購了加拿大VRBpowersystem公司，掌握全釩液流電池的核心專利權(quán)。直到2020年，大連、北京等地全釩液流電池儲能示范項目投入運營，全釩液流電池的技術成熟度和規(guī)模化才開始日漸提高。

隨著規(guī)模效應的浮現(xiàn)，材料降本也取得了一定的突破。不過，劉素琴還告訴21世紀經(jīng)濟報道記者，液流電池三大關鍵材料，電解液、電極和隔膜，在產(chǎn)業(yè)化過程中各自都存在技術瓶頸，比如，電解液能量密度低，高溫穩(wěn)定性差；電極中商業(yè)化碳氈材料催化活性低；隔膜的成本高，主要依靠國外進口。

劉素琴介紹，目前其在技術路線上研發(fā)的目標是，對添加劑進行改性，制備高濃度高穩(wěn)定性電解液；開發(fā)活性催化劑材料，提高電堆功率密度；以及開發(fā)低成本、高質(zhì)子傳導高穩(wěn)定性隔膜，突破“卡脖子進口隔膜技術”。

吉瓦級時代來了

2021年，劉素琴出任北京星辰新能科技有限公司首席科學家。談及與企業(yè)的合作，劉素琴直言不諱，其實大家都是一個共同的目標，就是要推進它的產(chǎn)業(yè)化。

21世紀經(jīng)濟報道記者注意到，今年以來，液流電池正在走向“吉瓦級”時代。

2023年5月4日，星辰新能宣布其全釩液流吉瓦級工廠在常州武進國家高新技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)落成，預計將于2023年8月投產(chǎn)第一期300MW量產(chǎn)線，并在同年12月建成第二期700MW量產(chǎn)線，未來最終總產(chǎn)能將達到3GW。

去年11月，中核匯能1GWh全釩液流電池儲能系統(tǒng)開標。今年7月，國內(nèi)首個吉瓦級別的鋅鐵液流電池工廠即將全面投產(chǎn)，年產(chǎn)能將達6GWh。

融資方面，同樣是國內(nèi)最早一批推進液流電池產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)大連融科，在短短一年多的時間里密集完成三輪融資。去年12月，安信證券公布了大連融科儲能集團有限公司發(fā)布首次公開發(fā)行股票并上市輔導備案報告，預示該公司正式開啟沖擊IPO之路。從事鋅鐵液流電池技術路線的緯景儲能科技有限公司也在日前宣布完成A輪融資，融資金額超6億元。

“越來越多的企業(yè)參與到液流電池領域其實是好事。”某液流電池企業(yè)負責人告訴21世紀經(jīng)濟報道記者。

面對需求膨脹和產(chǎn)業(yè)化加速到來，劉素琴認為，“實際上我覺得科學和技術是相輔相成的。原來沒有與產(chǎn)業(yè)接觸的時候，我們把重點放在解決科學的問題。而跟企業(yè)接觸之后，了解到產(chǎn)業(yè)方面的需求，就會將在實驗室里對科學問題機理的研究與產(chǎn)業(yè)化中對技術難點的突破相結(jié)合。”

劉素琴認為，液流電池在長時儲能領域迎來了很好的發(fā)展機遇；全釩液流儲能在技術上引領電化學液流儲能，是目前產(chǎn)業(yè)化最成功的液流技術路線；電解液成本已成為全釩液流儲能降本的關鍵，這也對其他液流儲能技術的發(fā)展起到了促進作用。

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