液流電池能否與鋰離子電池競爭？

據說，液流電池與鋰離子電池相比，具有更低的退化性、更高的安全性和更長的續航能力。DNV GL與許多不同的液流電池制造商合作，知道他們不同的設計，化學成分和集成策略以及它們與其他電池類型的比較。讓我們帶著你深入知道這些觀點背后的原由。再看看是不是有證據支持這些觀點。

液流電池概述

液流電池是一種利用某些元素(通常是金屬)氧化狀態下的能量差異來儲存或釋放能量的電化學轉換裝置。不同類別的液流電池具有不同的化學成分，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：最常見的氧化還原液流電池、混合液流電池和無膜液流電池。

液流電池與鋰離子電池區別

與鋰離子電池不同，液流電池的液體電解質儲存在外部儲罐中，而不是儲存在每個電池單元中（見圖）。由于攜帶能量的電解質與發電堆在物理上是分開的，因此液流電池的能量和功率也是分開的。

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

關于液流電池的觀點

觀點 1

液流電池制造商聲稱，依靠于吞吐量的退化是非常低的，相比于退化速度更快的鋰離子電池而言，液流電池具有分明優點。

DNV GL 見解：

DNV GL 探測試驗室已經證實了鋰離子電池退化的最大因素是能量吞吐量（通常由循環次數定義）。DNV GL 的電池探測試驗室尚未確認的是液流電池系統的退化率，不過探測仍在進行中。由多個液流電池制造商提供的探測數據聲明，液流電池退化程度低于鋰離子電池的退化。

觀點 2

液流電池中依靠時間變化的退化（日歷衰減）接近于零。

DNV GL 見解：

一些液流電池制造商設計了堆棧，以便在空閑時間自動排出電解液，從而顯著減少與電解質和電極之間不必要的化學反應萌生的隨時間變化的退化。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負載。

觀點 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），這在鋰離子電池中是不可能做到的，且在長時間（即多小時）使用中節省了大量成本。

DNV GL 見解：

所有液流電池均具有能量（電解質）和電池電量（堆棧）解耦，準許在給定功率（kW）下定制能量容量（kWh）。但大多數液流電池制造商只提供一些離散的油箱尺寸選擇，而不是無限制的擴展。此外，大于4-6小時的長期使用尚未證明其具有經濟優點。

觀點 4

液流電池的火災風險低于鋰離子電池。

DNV GL 見解：

由于液流電池的非易燃電解質主要由水組成，因此熱失控或火災的風險非常低。盡管 DNV GL 只對鋰離子電池進行了燃燒探測，而不是用液流電池來證實這一理論，但這可能會戒備鋰離子電池裝置中出現的災難性故障。

觀點 5

液流電池比鋰離子電池更安全。

DNV GL 見解：

一些液流電池制造商/化學公司在不影響電池的長期性能下，維護期間將電池放電至0伏（直流電），從而更安全地維護電池包。這在鋰離子電池中是不可能的，因為它無法在不會永久損壞電池的情況下放電至0伏。即使在充電時，液流電池也有較低的弧閃風險，因為堆棧的直流工作電壓很低，通常小于100伏。然而，這種特性在一些鋰離子電池系統中也是如此，這些系統在堆棧中以類似的低電壓工作，并加入dc-dc轉換器以實現更高的逆變器輸入電壓。

觀點 6

與鋰離子電池相比，液流電池具有更簡單的監控和控制，以及更少的退化，因為不需要電池到電池或堆棧到堆棧的平衡。

DNV GL 見解：

在氧化還原液流電池中的確不需要電池/堆棧平衡的要求，因為在集合SoC的所有電池/堆棧之間有共同的正負電解質，這意味著在單元和堆棧層面上，不需要監測和控制要求來平衡SoC。然而，混合液流電池在電池的一側有金屬電鍍，這類似于鋰離子電池電鍍，因此需要電池和堆棧平衡。

觀點 7

與鋰離子電池相比，液流電池對SoC測量更精確，使得電池的工作范圍更廣，退化更少。

DNV GL 見解：

一些液流電池制造商使用參考調用來連續筆直的測量開路電壓，即使是堆棧處于負載時。相比鋰離子電池使用的推斷辦法，這提供了一種更為精確和連續的SoC計算辦法，可以在負載下測量電壓和電流。但 DNV GL 沒有看到任何將性能或退化與改進的SoC測量技術相關聯的數據或出版物。

觀點 8

液流電池具有復雜的平衡裝置，需要泵，管道和用于電解質管理的電解液槽，這增加了資金成本和運營及維護要求。

DNV GL 見解：

液流電池實在需要額外的設備平衡才能運行，盡管液冷鋰離子電池系統需要帶有泵，管道和冷卻劑儲存器的流體系統進行熱管理。DNV GL 尚未對鋰離子電池和液流電池系統之間的故障率或物料清單成本比較進行具體評估，以量化這些差異。

觀點 9

液流電池系統質量相對較高，這意味著它們對于固定使用更具吸引力，其中鋰離子系統用途更為廣泛。

DNV GL 見解：

這仿佛是對的，液流電池系統重力能量密度均勻低于鋰離子系統。

觀點 10

液流電池的直流往返效率（RTE）低于鋰離子電池系統。

DNV GL 見解：

液流電池RTE比領先的鋰離子電池制造商的直流RTE低5％-10％，但考慮到所有寄生負載時，交流RTE是可以比較的。 DNV GL 正在對液流電池和鋰離子電池進行繼續探測，這將對這一觀點提供更獨立的見解。

觀點 11

液流電池在市場滲透和市場多樣性方面，遠落后于鋰離子電池。

DNV GL 見解：

鋰離子電池在能源存儲市場中占據主導地位，具有更高的市場份額，并被融入到更廣泛的商業產品中。以后可能會出現有利于液流電池屬性的市場機會，但鋰離子電池也將競爭擴展到將來的使用范疇。

除了上述內容，還有一個額外考慮的因素，并非所有的液流電池技術都是平等的。基于釩的技術是最成熟的，許多其他技術的發展遠遠不夠，幾乎沒有數據可言。不同的設計和電解質化學也可能影響性能。

此外，某些液流電池制造商將重點放在可制造性設計上，最大限度地縮短了安裝時間，減少了運營和維護，并與風能和太陽能等可再生資源相結合，這可能會讓它們在系統前期和生命周期內獲得成本優點。

結論

回到最初的問題，液流電池的退化程度是不是低于鋰離子電池？在某些情況下看來，他們實在是的，只要它們的設計和操作方式可以最大限度地減少其他退化因素（但需要更多年的數據才能證明這一點）。

他們更安全嗎？這仿佛也是正確的，因為災難性的液流電池故障不太可能導致在鋰離子故障中出現的相關有毒氣體及引發危險的火災，但DNV GL 從未對此進行過探測。然而，在液流電池中管理所有液體電解質要困難得多，如果不適當加以控制就會泄漏，這在鋰離子電池系統中并不常見。

液流電池是不是適用于長時間使用（> 6小時）？答案仍有爭議。通過添加更多電池，鋰離子電池系統可以運行更長的時間（如果需要，可以增加更多功率的好處），因此可以歸結為成本比較，惟有時間才能說明液流電池是不是能夠跟上鋰離子電池的成本迅速下降的速度。

最后要說的是，許多液流電池行業的從業者近期都遇到了困難，包括Imergy，Aquion和ViZn，很可能惟有少數公司能夠充足利用液流電池的潛在優點。無論是審查業績歷史，設計細節，公司領導還是財務狀況，DNV GL 都能夠幫助識別風險并引導設計考慮因素，從而做出有關這一新興技術最明智的決策。

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