為實現“碳達峰”和“碳中和”的雙碳目標，要深化以新能源為主體的新型電力系統。2060 年的能源供給體系將會以“新能源+新型儲能”的方式存在，這種供給體系既能有效降低碳排放，達到“碳中和”目標，又能提供安全穩定的電力能源。
我國的風能、太陽能等可再生能源發電裝備的制造技術和制造能力已經非常成熟，技術國際領先。新型儲能技術將是瓶頸技術之一。如果要求可再生能源發電配 10%～20%的儲能裝備，巨大的儲能市場，特別是長時儲能（8h以上儲能時間）市場，將極大地推動儲能產業的發展。實現雙碳目標為儲能產業的發展和技術應用提出了新的要求，也為儲能產業的快速發展提供了機遇。
為適應不同應用領域對儲能技術的需要，人們已探索和研究開發出多種電力儲存（儲能）技術，圖1 給出了已開發的各種儲能技術及其適用范圍，這些儲能技術各自具有其應用領域和獨特的技術經濟。
大規模電池儲能技術需要滿足的基本要求中，安全性是重中之重。
已經實用化的大規模儲能技術主要包括物理儲能和電化學儲能。電化學儲能技術是指利用電化學反應裝置，通過電化學反應實現化學能與電能之間的相互轉換，實現電能的大規模儲存和釋放。用于風能、太陽能發電的儲能技術主要包括先進鋰離子電池技術、先進液流電池技術、鉛炭電池技術、鈉基電池技術等。電化學儲能技術根據儲能電池種類的不同，既可適用于發電端儲能需求，又可適用于輸配電及用戶端儲能需求，是近些年電力儲能行業發展的重點。
液流電池的概念是由 L. H. Thaller[美國國家航空航天局（NASA）Lewis 研究中心]于 1974 年提出的。液流電池儲能技術是利用正、負極儲能活性物質價態的變化來實現電能的儲存和釋放。液流電池的種類很多，實現了產業化應用且具有很好市場前景的是無機電解質的全釩液流電池、鋅基液流電池等，因此，無機電解質的液流電池近年來已成為國際上基礎研究和工程應用開發的熱點。液流電池尤其是全釩液流電池由于具有儲能規模大、安全性高、充放電循環壽命長、生命周期中性價比高、環境負荷小、電池材料可循環利用、環境友好等優點，近年來越來越得到世界各國的重視，發展越來越快，技術越來越成熟，成本越來越低，具有十分巨大的市場前景。
如圖2所示，與一般傳統的電池不同的是，雙液流電池（如鐵/鉻液流電池、全釩液流電池、多硫化鈉/溴液流電池等）的正極和負極的儲能活性物質電解液儲存于電池外部的儲罐中，通過電解液循環泵和管路輸送到電堆內部并在電極上實現充放電反應，因此液流電池的輸出功率與儲能容量可獨立設計。
《液流電池儲能技術及應用 》作者中國科學院大連化學物理研究所張華民研究員從1982 年在日本留學時就開始了燃料電池相關技術的研究， 2000 年回國后開始布局液流電池技術的研究開發，在液流電池關鍵材料、核心部件、儲能系統設計集成、控制管理等方面都取得了國際領先的成果，到 2019 年年末，已經在液流電池領域獲得國家授權專利 260 余件，形成了完整的自主知識產權體系。作者的研究團隊先后開展了多硫化鈉/溴液流電池、全釩液流電池、鋅/溴液流電池、鋅/鎳液流電池和鋅/鐵液流電池的電解液、電極雙極板、新型離子交換（傳導）膜等關鍵材料及電堆等核心部件的研究和工程開發，液流電池儲能模塊和大規模液流電池的系統設計、制造、集成和控制管理技術的研究開發及其工程化、產業化技術平臺建設和工程應用示范，使我國全釩液流電池儲能技術處于國際領先水平。
近幾年，中國科學院大連化學物理研究所-大連融科儲能技術發展有限公司合作團隊，在電池材料，包括電解液、非氟離子篩分傳導膜、碳塑復合雙極板、電堆結構設計和組裝技術方面都取得了一系列的技術進步，同時，通過數值模擬和實驗驗證相結合的方法，掌握了高功率密度電堆的設計方法，大幅度降低了電堆的歐姆極化，從而在保持電堆充、放電能量效率大于80%的前提下，電堆的工作電流密度由原來的80 mA/cm2提高到300 mA/cm2，從而大幅度降低了全釩液流電池的制造成本。國電龍源臥牛石風電場5 MW/10MW·h全釩液流電池儲能系統是其經典應用示例，是迄今全球兆瓦級液流電池系統運行時間最長的項目，充分驗證了全釩液流電池儲能技術的可靠性和穩定性，積累了大量的實際運行數據和工程建設、維護經驗。
（1）全釩液流電池儲能系統運行安全可靠，全生命周期內環境負荷小、環境友好。
（2）全釩液流電池儲能系統的輸出功率和儲能容量相互獨立，設計和安置靈活。
（3）能量效率高，啟動速度快，無相變化，充、放電狀態切換響應迅速。
（4）全釩液流電池儲能系統采用模塊化設計，易于系統集成和規模放大。
本書是在作者持之以恒 20 年獲得的液流電池關鍵材料、核心部件、系統集成、工程制造、應用示范及標準化工作的研究經驗和技術積累基礎上撰寫而成，是十三五國家重點出版物出版規劃項目“能源化學與材料叢書”分冊，并榮獲2021年度國家科學技術學術著作出版基金資助出版。
液流電池儲能技術及應用
張華民 著
北京：科學出版社，2022.2
（能源化學與材料叢書 / 包信和總主編）
“十三五”國家重點出版物出版規劃項目
ISBN 978-7-03-071401-5
叢書策劃：楊 震
責任編輯：李明楠， 孫靜惠
本書共分為9章。第1章概要介紹適用于大規模儲能的鋰離子電池、鈉硫電池、鉛炭電池等電化學儲能技術；第2章綜合介紹液流電池的結構與組成、分類與特點及各種無機儲能活性物質（電對）的液流電池技術的結構特點和研究開發進展；第3章、第4章、第5章分別詳細介紹液流電池電解液、電極與雙極板、離子交換（傳導）膜等關鍵材料的功能、特點及技術發展現狀；第6章全面介紹已實現了產業化應用且在長時段儲能中具有廣闊應用市場的全釩液流電池電堆及電池系統的結構、設計原則及方法、發展現狀與挑戰；第7章介紹數值模擬與結構設計及其在液流電池中應用的研究進展；第8章介紹水系、非水系液流電池技術的研究進展及發展前景；第9章舉例介紹液流電池儲能技術的應用。
（本文編輯： 王芳）
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