中国液流电池装机规模及预测

全钒液流电池主要由电解液、交换膜、电极、双极板等组成，电解液的成本占比最高。电解液是钒离子的储存介质，在钒电池中占有较高的成本；交换膜是电池内用于钒离子交换的膜材料；电极是氧化还原反应的主要发生场所，包括一个正极和一个负极；双极板是用来电气连接但液压分离相邻电芯的一种隔板。液流电池的成本主要包括三个部分：电堆成本、电解质成本以及周边设备成本，根据新材料产业研究院公布的数据，钒电解液是全钒液流电池系统中的核心材料之一，在系统成本占比中达到35%，其性能将直接影响到电池系统的工作效率、运行工况和使用寿命等。

电解液是由硫酸氧钒溶于硫酸溶液来直接配制的。钒电池的电解液材料为VOSO直接溶解于硫酸（ H2 SO）中制得，V、V和V在特定温度的情况下可以保持在硫酸为电解液情况下较高的溶解度（5-40°C），在适宜温度下，钒液流电池的能量密度可以达到35Wh/kg，电解液选择也对钒液流电池有很大影响，高浓度的硫酸可以保证电解液的导电率，但是会降低水和钒离子在通过质子交换膜过程中的扩散率，从而获得更长时间的充放电时间和平均电池电势，降低硫酸浓度可以提高V、V和V溶解率，但会降低V的溶解率。1.5- 2M 的V配上 3M 的硫酸是最好的配比。

离子交换膜目前的国产化率较低。好的交换膜可以保证高效率的让氢离子和钒离子通过，同时阻止电解液成分通过。一般都以质子交换膜为主，也有纳米滤膜。质子交换膜负责让氢离子通过，保证正负极的氧化还原反应能够顺利完成。纳米滤膜是一个新型的分离技术。不像传统的质子交换膜，这种膜有很多小的孔，可以利用压差驱动离子通过这些小孔，同时阻挡大颗粒的钒氧化物的粒子。

目前商业领域主要用于液流电池的是杜邦公司所生产的Nafion质子交换薄膜，Nafion薄膜以磺酸基团为交换基团作为全钒氧化还原液流电池的标准隔膜，其在电解液中的稳定性高，但由于存在钒离子渗透率较高、不易降解等缺陷，尤其是其昂贵的价格限制了液流电池的进一步发展。

电极。电极是氧化还原反应的主要发生场所，电极表面物质作为反应的催化剂，其多孔表面提供电解质溶液的反应位点。最常见的VRFB，有两个电极。一个正极和一个负极。正负极的设计需要保证氧化还原反应能够稳定发生，正负极的电势差要越大越好，这样才能使得有更多的电子进行传输。

支撑电解质的高酸性使电池环境具有很强的腐蚀性，因此电极材料必须有很强的耐腐蚀性，具有高耐腐蚀性和强导电性的碳类物质和石墨材料是主要的电极材料。在设计全钒液流电池的过程中，既要考虑电解液的流动性，也要考虑电极的几何构造，这样能够保证质量传输和电池的能源效率。在设计推广任何大型储能系统之前，开发人员必须确保电极周围的氧化还原反应是可控的。开发人员必须了解设置的通道尺寸和形状的质量传输和输入流量之间的关系。电极材料的表面积和电流密度应最大化，以提供高电流，同时所有的流体都不会危及VFRB的任何其它耐腐蚀性差的部件。钒电池电极材料主要分为三类：金属类，如Pb、Ti等；炭素类，如石墨、碳布、碳毡等；复合材料类，如导电聚合物、高分子复合材料等。

双极板。双极板是用来电气连接但液压分离相邻电芯的一种隔板，在实际应用中，双极板会设计成能够导通电解液的结构，这样能够使电解液更快的流到半电池对应的位置。双极板的电导率很高（20–5000 S/m ）。由于电解液的高腐蚀性，双极板一般用石墨制成。

液流电池仍存在一定的缺点。1）液流电池需要有控温系统，温度需要控制在10-40°C，否则会发生钒的热沉淀反应，2）V5+的高氧化性能使某些质子交换膜和正极端子会出现恶化效应，3）在电极处会有气体析出，会破坏电池结构或者降低电池效率，4）气体成分的改变会导致电池电量耗尽或者电极表面积减少，从而减少使用寿命，5）高成本，6）能量密度由电解液所限制。