據(jù)說(shuō)，液流電池與鋰電池相比，具有更低的退化性、更高的安全性和更長(zhǎng)的續(xù)航能力。DNV GL與許多不同的液流電池制造商合作，了解他們不同的設(shè)計(jì)，化學(xué)成分和集成策略以及它們與其他電池類型的比較。讓我們帶著你深入了解這些觀點(diǎn)背后的原因。再看看是否有證據(jù)支持這些觀點(diǎn)。

液流電池概述

液流電池是一種利用某些元素(通常是金屬)氧化狀態(tài)下的能量差異來(lái)儲(chǔ)存或釋放能量的電化學(xué)轉(zhuǎn)換裝置。不同類別的液流電池具有不同的化學(xué)成分，包括最常用的釩以及不常用的鋅-溴、多硫化物-溴、鐵-鉻和鐵-鐵。液流電池分為三類：最常見(jiàn)的氧化還原液流電池、混合液流電池和無(wú)膜液流電池。

液流電池與鋰電池區(qū)別

與鋰電池不同，液流電池的液體電解質(zhì)儲(chǔ)存在外部?jī)?chǔ)罐中，而不是儲(chǔ)存在每個(gè)電池單元中（見(jiàn)圖）。由于攜帶能量的電解質(zhì)與發(fā)電堆在物理上是分開(kāi)的，因此液流電池的能量和功率也是分開(kāi)的。

液流電池還可以在放電后為電解液充電，且電解液通過(guò)同時(shí)流過(guò)所有電池和電池堆來(lái)充電和放電，因此每個(gè)電池都處于一種共同的充電狀態(tài)（SoC），而不是許多單獨(dú)的充電狀態(tài)。這反過(guò)來(lái)，意味著不需要單元和堆棧平衡。

關(guān)于液流電池的觀點(diǎn)

觀點(diǎn) 1

液流電池制造商聲稱，依賴于吞吐量的退化是非常低的，相比于退化速度更快的鋰電池而言，液流電池具有明顯優(yōu)勢(shì)。

DNV GL 見(jiàn)解：

DNV GL 測(cè)試實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)證實(shí)了鋰電池退化的最大因素是能量吞吐量（通常由循環(huán)次數(shù)定義）。DNV GL 的電池測(cè)試實(shí)驗(yàn)室尚未確認(rèn)的是液流電池系統(tǒng)的退化率，不過(guò)測(cè)試仍在進(jìn)行中。由多個(gè)液流電池制造商提供的測(cè)試數(shù)據(jù)表明，液流電池退化程度低于鋰電池的退化。

觀點(diǎn) 2

液流電池中依賴時(shí)間變化的退化（日歷衰減）接近于零。

DNV GL 見(jiàn)解：

一些液流電池制造商設(shè)計(jì)了堆棧，以便在空閑時(shí)間自動(dòng)排出電解液，從而顯著減少與電解質(zhì)和電極之間不必要的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的隨時(shí)間變化的退化。然而，并非所有的液流電池都具有此功能，并且耗盡的電池不能用于任何站點(diǎn)負(fù)載。

觀點(diǎn) 3

液流電池可以在不增加其功率輸出（kW）的情況下增加其能量輸出（kWh），這在鋰電池中是不可能做到的，且在長(zhǎng)時(shí)間（即多小時(shí)）應(yīng)用中節(jié)省了大量成本。

DNV GL 見(jiàn)解：

所有液流電池均具有能量（電解質(zhì)）和電池電量（堆棧）解耦，允許在給定功率（kW）下定制能量容量（kWh）。但大多數(shù)液流電池制造商只提供一些離散的油箱尺寸選擇，而不是無(wú)限制的擴(kuò)展。此外，大于4-6小時(shí)的長(zhǎng)期應(yīng)用尚未證明其具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

觀點(diǎn) 4

液流電池的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)低于鋰電池。

DNV GL 見(jiàn)解：

由于液流電池的非易燃電解質(zhì)主要由水組成，因此熱失控或火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)非常低。盡管 DNV GL 只對(duì)鋰電池進(jìn)行了燃燒測(cè)試，而不是用液流電池來(lái)證實(shí)這一理論，但這可能會(huì)防止鋰電池裝置中出現(xiàn)的災(zāi)難性故障。

觀點(diǎn) 5

液流電池比鋰電池更安全。

DNV GL 見(jiàn)解：

一些液流電池制造商/化學(xué)公司在不影響電池的長(zhǎng)期性能下，維護(hù)期間將電池放電至0伏（直流電），從而更安全地維護(hù)電池組。這在鋰電池中是不可能的，因?yàn)樗鼰o(wú)法在不會(huì)永久損壞電池的情況下放電至0伏。即使在充電時(shí)，液流電池也有較低的弧閃風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槎褩５闹绷鞴ぷ麟妷汉艿停ǔＰ∮?00伏。然而，這種特性在一些鋰電池系統(tǒng)中也是如此，這些系統(tǒng)在堆棧中以類似的低電壓工作，并加入dc-dc轉(zhuǎn)換器以實(shí)現(xiàn)更高的逆變器輸入電壓。

觀點(diǎn) 6

與鋰電池相比，液流電池具有更簡(jiǎn)單的監(jiān)控和控制，以及更少的退化，因?yàn)椴恍枰姵氐诫姵鼗蚨褩５蕉褩５钠胶狻?

DNV GL 見(jiàn)解：

在氧化還原液流電池中的確不需要電池/堆棧平衡的要求，因?yàn)樵诩蟂oC的所有電池/堆棧之間有共同的正負(fù)電解質(zhì)，這意味著在單元和堆棧層面上，不需要監(jiān)測(cè)和控制要求來(lái)平衡SoC。然而，混合液流電池在電池的一側(cè)有金屬電鍍，這類似于鋰電池電鍍，因此需要電池和堆棧平衡。

觀點(diǎn) 7

與鋰電池相比，液流電池對(duì)SoC測(cè)量更精確，使得電池的工作范圍更廣，退化更少。

DNV GL 見(jiàn)解：

一些液流電池制造商使用參考調(diào)用來(lái)連續(xù)直接的測(cè)量開(kāi)路電壓，即使是堆棧處于負(fù)載時(shí)。相比鋰電池使用的推斷方法，這提供了一種更為精確和連續(xù)的SoC計(jì)算方法，可以在負(fù)載下測(cè)量電壓和電流。但 DNV GL 沒(méi)有看到任何將性能或退化與改進(jìn)的SoC測(cè)量技術(shù)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)或出版物。

觀點(diǎn) 8

液流電池具有復(fù)雜的平衡裝置，需要泵，管道和用于電解質(zhì)管理的電解液槽，這增加了資金成本和運(yùn)營(yíng)及維護(hù)要求。

DNV GL 見(jiàn)解：

液流電池確實(shí)需要額外的設(shè)備平衡才能運(yùn)行，盡管液冷鋰電池系統(tǒng)需要帶有泵，管道和冷卻劑儲(chǔ)存器的流體系統(tǒng)進(jìn)行熱管理。DNV GL 尚未對(duì)鋰電池和液流電池系統(tǒng)之間的故障率或物料清單成本比較進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估，以量化這些差異。

觀點(diǎn) 9

液流電池系統(tǒng)質(zhì)量相對(duì)較高，這意味著它們對(duì)于固定應(yīng)用更具吸引力，其中鋰離子系統(tǒng)用途更為廣泛。

DNV GL 見(jiàn)解：

這似乎是對(duì)的，液流電池系統(tǒng)重力能量密度平均低于鋰離子系統(tǒng)。

觀點(diǎn) 10

液流電池的直流往返效率（RTE）低于鋰電池系統(tǒng)。

DNV GL 見(jiàn)解：

液流電池RTE比領(lǐng)先的鋰電池制造商的直流RTE低5％-10％，但考慮到所有寄生負(fù)載時(shí)，交流RTE是可以比較的。 DNV GL 正在對(duì)液流電池和鋰電池進(jìn)行持續(xù)測(cè)試，這將對(duì)這一觀點(diǎn)提供更獨(dú)立的見(jiàn)解。

觀點(diǎn) 11

液流電池在市場(chǎng)滲透和市場(chǎng)多樣性方面，遠(yuǎn)落后于鋰電池。

DNV GL 見(jiàn)解：

鋰電池在能源存儲(chǔ)市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，具有更高的市場(chǎng)份額，并被融入到更廣泛的商業(yè)產(chǎn)品中。以后可能會(huì)出現(xiàn)有利于液流電池屬性的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，但鋰電池也將競(jìng)爭(zhēng)擴(kuò)展到未來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域。

除了上述內(nèi)容，還有一個(gè)額外考慮的因素，并非所有的液流電池技術(shù)都是平等的。基于釩的技術(shù)是最成熟的，許多其他技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，幾乎沒(méi)有數(shù)據(jù)可言。不同的設(shè)計(jì)和電解質(zhì)化學(xué)也可能影響性能。

此外，某些液流電池制造商將重點(diǎn)放在可制造性設(shè)計(jì)上，最大限度地縮短了安裝時(shí)間，減少了運(yùn)營(yíng)和維護(hù)，并與風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生資源相結(jié)合，這可能會(huì)讓它們?cè)谙到y(tǒng)前期和生命周期內(nèi)獲得成本優(yōu)勢(shì)。

結(jié)論

回到最初的問(wèn)題，液流電池的退化程度是否低于鋰電池？在某些情況下看來(lái)，他們確實(shí)是的，只要它們的設(shè)計(jì)和操作方式可以最大限度地減少其他退化因素（但需要更多年的數(shù)據(jù)才能證明這一點(diǎn)）。

他們更安全嗎？這似乎也是正確的，因?yàn)闉?zāi)難性的液流電池故障不太可能導(dǎo)致在鋰離子故障中出現(xiàn)的相關(guān)有毒氣體及引發(fā)危險(xiǎn)的火災(zāi)，但DNV GL 從未對(duì)此進(jìn)行過(guò)測(cè)試。然而，在液流電池中管理所有液體電解質(zhì)要困難得多，如果不適當(dāng)加以控制就會(huì)泄漏，這在鋰電池系統(tǒng)中并不常見(jiàn)。

液流電池是否適用于長(zhǎng)時(shí)間使用（> 6小時(shí)）？答案仍有爭(zhēng)議。通過(guò)添加更多電池，鋰電池系統(tǒng)可以運(yùn)行更長(zhǎng)的時(shí)間（如果需要，可以增加更多功率的好處），因此可以歸結(jié)為成本比較，只有時(shí)間才能說(shuō)明液流電池是否能夠跟上鋰電池的成本迅速下降的速度。

最后要說(shuō)的是，許多液流電池行業(yè)的從業(yè)者近期都遇到了困難，包括Imergy，Aquion和ViZn，很可能只有少數(shù)公司能夠充分利用液流電池的潛在優(yōu)勢(shì)。無(wú)論是審查業(yè)績(jī)歷史，設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，公司領(lǐng)導(dǎo)還是財(cái)務(wù)狀況，DNV GL 都能夠幫助識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)并引導(dǎo)設(shè)計(jì)考慮因素，從而做出有關(guān)這一新興技術(shù)最明智的決策。