导读
大功率、高容量储能技术是推进能源结构调整，普及应用风能、太阳能等可再生能源的关键技术。液流电池由于其能量、功率分开设计，安全性高，循环寿命长等特点已经成为大规模储能技术中最有前景的技术之一。然而，成本高以及能量密度低的问题制约了其进一步发展。本文首先介绍了已产业化应用的全钒液流电池的技术发展现状和展望。重点介绍了提高电极材料的电化学反应活性、降低电堆内阻是降低电池成本、提高可靠性的技术关键，总结和分析了国内外主要公司在全钒液流电池应用方面的发展情况。其次，对近年来广受关注的液流电池新体系，包括水系、非水系液流电池新体系的研究现状作了综述。重点分析了各体系的特点、存在的问题及挑战，提出了开发高可靠性、低成本液流电池新体系的基本技术要求，为高性能新体系的发展指明了方向。
引言
能源是人类生存和发展的重要物质基础，是事关国计民生的战略性资源。随着我国社会、经济的快速发展，对能源需求日益增加。化石能源的大量消耗造成了严重的环境污染，重度雾霾天气频发，严重影响人民的身体健康和生存环境。推动能源消费革命、能源供给革命、能源技术革命及能源体制革命是解决上述问题的关键。大力推进能源结构战略调整，提高化石能源利用效率，普及应用可再生能源，是实现我国社会和经济可持续发展的必然选择。也是解决我国能源资源和能源安全及环境污染，落实节能减排、提高全社会绿色低碳发展的战略需求。
文章目录及图文导读
1 全钒液流电池储能技术
1.1 全钒液流电池的电堆技术
图1 全钒液流电池电堆结构
1.2 国外全钒液流电池的研究进展
1.3 国内全钒液流电池的研究进展
2 液流电池新体系
2.1 非水系液流电池
2.1.1 Li/TEMPO体系
图2 Li/TEMPO液流电池的电化学原理
图3 （a）不同液流电池体系的开路电压和电解质浓度的比较和（b）0.1 mol/L TEMPO在1mol/L LiPF6支持电解质下的循环性能
2.1.2 Li/二茂铁体系
图4 电池的结构示意图，电化学反应方程式以及电池点亮的LED灯
图5 Fc1N112-TFSI的合成示意图
2.1.3 Li/Br2体系
图6 （a）单电池的结构示意图；（b）正负极的电化学反应方程式
图7 （a）电池在不同电流密度下的循环性能；（b）电池在1 mA/cm2电流密度下1000圈循环的性能
2.1.4 FL/DBMMB体系
2.2 水系液流电池
2.2.1 醌/溴体系
图8 醌/溴液流电池单电池示意图
2.2.2 醌/铁体系
2.2.3 聚TEMPO/聚紫罗碱体系
图9 醌/铁液流电池的结构示意图
图10 （a）2 mmol/L 2,6-DHAQ和亚铁氰化钾在100 mV/s 扫速下的循环伏安图；（b）电池循环100圈的容量保持率，库仑效率及能量效率
图11 聚TEMPO/紫罗碱体系的电池原理图
2.2.4 锌/碘体系
图12 锌碘液流电池单电池的结构示意图
2.2.5 硫/碘体系
图13 硫/碘液流电池的结构示意图
3 结语
全钒液流电池经过十多年的基础研究和工程开发，在关键材料（电解液、双极板、离子传导膜）、电堆、电池管理系统、系统集成及工程应用方面都取得了创新性的进步，技术上满足了工程应用的要求。但由于液流电池技术的研究开发历史比较短，经费支持力度较低，仍存在很大的发展空间。今后，通过电池材料的创新，包括提高电解液的浓度和稳定化温度窗口、提高电极材料的电化学反应活性和离子传导膜的离子导电性和离子选择性、提高双极板材料的导电性；优化电堆结构设计创新，减小电堆的内阻，从而大幅度降低电堆的活化极化和欧姆极化，进一步提高电堆的工作电流密度。同时，可以大幅度降低成本。
对于液流电池新体系，包括水系和非水系，主要集中论述了体系的原理及优缺点等。虽然液流电池在新体系的研发方面取得了很大的进步，但是要满足应用的需要，仍然面临着很多艰巨的挑战。主要包括：在有机溶剂的非水系液流电池体系中，由于其导电性较低和活性物质浓度低，使其欧姆极化很大，导致工作电流密度低，系统成本高。非金属离子的水系液流电池，特别是有机电对的水系液流电池，存在的主要问题在于导电性差、工作电流密度低，溶解度小、能量密度低，化学稳定性低、循环性能差等问题。解决上述问题首先是要对电解质进行更加系统的电化学及物理化学性质的研究，同时，寻找新的电化学活性物质，或者对其进行合适的分子改性，这涉及到电化学、物理化学、有机化学及分子工程等多项领域。另外隔膜作为液流电池最关键的材料之一，在新体系的研发过程中应该加强对隔膜材料的研究和开发。随着上述问题的解决以及大规模储能时代的到来，液流电池新体系在储能方面才能展现出很好的应用前景。
