電池儲能技術使人類能夠將電能像糧食一樣儲存起來并在生產、生活中隨取隨用。構建以新能源為主體的新型電力系統，實現“雙碳”目標，離不開先進儲能技術的支撐。由中國科學院大連化學物理研究所等開發的新一代全釩液流電池儲能技術及產業化應用項目，在科學技術和產業化領域取得重大突破，實現了對發達國家的技術輸出。該項目由此榮獲2022年度中國石油和化學工業聯合會科學技術獎技術發明一等獎。
能源需求呼喚技術突破
據中國科學院大連化學物理研究所副所長李先鋒介紹，目前電池儲能主要包括鋰離子電池、液流電池、鈉離子電池、鉛酸電池等。“各種電池均有優缺點，適合不同的應用場景。”李先鋒說，其中全釩液流電池可實現長時儲能、大規模儲能，具有壽命長(15～20年)、安全性好、環境友好、響應速度快等優點。
據了解，全釩液流電池在許多領域有著良好的應用前景。全釩液流電池由于自身的獨特結構，充電接受能力強，適應快速大電流充電及大電流深度放電，比功率大，比能量高，從而實現“瞬間充電”，可作為電動汽車電源使用。在電網調峰領域，釩電池儲能電站不受地理條件限制，選址自由，占地少，維護成本低。在風力發電、光伏發電領域，全釩液流電池具有壽命長、效率高等優勢，可有效構建動態能源儲存系統。在海島或偏遠地區，使用全釩液流電池并配以太陽能、風能等發電裝置，即可實現穩定電力供應，而無需建設造價高昂的常規電站或架設輸電線路。全釩液流電池還可為郵電通訊、鐵路發送信號、無線電傳播站等提供供電系統。
“然而，傳統全釩液流電池能量密度較低、成本相對較高、可靠性有待進一步提高。”李先鋒表示，實現新一代全釩液流電池技術產業化，成為當前能源領域的重大課題。
創新開發實現成果落地
中科院大連化物所項目團隊向全釩液電池儲能技術發起了“沖鋒”。項目開發之初，一系列技術難題橫亙眼前：離子傳導膜的傳輸機理、電極材料的催化機制、電解液的高低溫穩定性機理;適用于高功率密度電堆的高離子傳導性多孔離子傳導膜、寬溫區電解液、高導電性雙極板等關鍵材料設計制備技術;還有與上述關鍵材料相適配的電堆和系統設計集成和智能控制技術……
項目團隊堅持“產、學、研、用”相結合的創新開發機制，對全釩液流電池關鍵材料、核心部件電堆及系統集成等方面開展技術攻關，取得了一系列技術發明和創新成果，解決了新一代全釩液流電池儲能技術產業化過程中存在的多個關鍵科學與技術問題，成功開發出新一代全釩液流電池關鍵核心技術。
據李先鋒介紹，新一代全釩液流電池采用自主研發的可焊接多孔離子傳導膜、可焊接雙極板，并由其集成可焊接電堆。項目團隊打破了傳統電堆的裝配模式，大幅提高了電堆的可靠性及裝配自動化程度。與傳統技術相比，新一代全釩液流電池電堆成本大幅度降低，可靠性大幅度提高。相關技術成果達到國內領先、國際先進水平。
技術推廣結出產業碩果
實現產業化推廣的技術才有生命力。在技術取得突破的同時，項目團隊在積極推動成果產業化，成功與國內開封時代新能源科技有限公司簽署非排他技術許可，投資30億元完成第一期300兆瓦時/年生產線建設，并集成出首套兆瓦級新一代全釩液流電池儲能系統。項目團隊還與比利時科爾德集團控股EcoSourcen公司簽訂了用戶側液流電池技術許可協議，在歐洲推廣應用，首次實現新一代液流電池技術向發達國家輸出。中國液流電池技術，正為世界“充電”。
近5年來，依托他們的技術，國內外實施了包括全球最大100兆瓦時/400兆瓦時全釩液流電池儲能調峰電站在內的20余項商業化應用示范項目，累計裝機容量超過550兆瓦時，新增銷售額超34億元，取得了顯著的經濟社會效益，推動了液流電池產業化發展。
“這些技術成果的落地，帶動了儲能產業上下游行業發展，形成了良好的儲能集群效應。”李先鋒說。
2015年至今，項目團隊共申報國家發明專利300余件，授權120余件，技術覆蓋液流電池關鍵材料、核心部件和系統等各方面，形成了完善的自主知識產權體系。同時，項目團隊牽頭制訂并發布了首項液流電池國際標準，先后制訂液流電池標準22項。近5年來，他們牽頭制訂首批液流電池國際標準1項、國家標準3項、行業標準13項，提高了中國在液流電池技術領域的國際話語權和影響力，并為國內外液流電池產業化起到了引導規范作用。
從2000年做出第一塊單電池至今，大連化物所全釩液流電池儲能技術已走過23年發展之路。在項目團隊的努力下，懷著用中國液流電池技術為全世界“充電”的夢想，這條路正越走越寬。
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