目前液流電池主要有全釩液流電池、鐵鉻液流電池、鋅溴液流電池、鋅鐵液流電池等20多種技術(shù)路線,目前全釩和鐵鉻技術(shù)路線討論較多。
這里技術(shù)路線的不同,主要是指電解質(zhì)溶液主要成分的不同。全釩是相對成熟、項(xiàng)目最多的技術(shù)路線,全釩液流電池是一種以金屬釩離子為活性物質(zhì)的液態(tài)氧化還原電池,以+4、+5 價(jià)態(tài)的釩離子溶液作為正極的活性物質(zhì),以+2、+3 價(jià)態(tài)的釩離子溶液作為負(fù)極的活性物質(zhì),分別儲(chǔ)存在各自的電解液儲(chǔ)罐中。在對電池進(jìn)行充、放電時(shí),正負(fù)極電解液在離子交換膜兩側(cè)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。
第二種是以鋅基為代表的技術(shù)路線,即把鋅金屬作為電解液中的一種,組成像鋅溴、鋅鐵、鋅錳等鋅基的液流電池。為什么選用鋅基?主要是因?yàn)殇\的氧化還原性比較好,并且鋅這種元素也容易獲得。
第三種是鐵基的,比如像鐵鉻,還有全鐵等等,鐵的電化學(xué)活性比較好,并且儲(chǔ)量非常豐富,所以鐵鉻液流電池也是比較有潛力的一種。
為什么會(huì)出現(xiàn)這么多不同的技術(shù)路線?主要還是因?yàn)閮?chǔ)能對成本非常敏感,全釩雖然是其中最為成熟、項(xiàng)目最多的技術(shù)路線,但它一直有一個(gè)很核心的問題,釩的成本非常高,并且產(chǎn)能有限。
從資源的第一性原理上,全釩就存在一定的問題。中國的五氧化二釩產(chǎn)能在十幾萬噸,其中90%應(yīng)用在鋼鐵行業(yè)。而1GWh的全釩液流電池,對應(yīng)需要0.8萬-1萬噸的五氧化二釩,在目前的釩供應(yīng)體系下,如果每年全釩液流電池快速上量,釩價(jià)必然暴增,并且產(chǎn)能嚴(yán)重跟不上,同時(shí)也有資源開采能力的問題。
此時(shí)就導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)界去尋找更便宜和易得的金屬元素,來作為液流電池的電解質(zhì)。
無論是全釩還是鋅基、鐵基,在技術(shù)原理上都大同小異,都是通過金屬的得到、失去電子,來實(shí)現(xiàn)充電放電。
但有的會(huì)出現(xiàn)沉積效應(yīng)而導(dǎo)致壽命不足。比如鋅基液流電池比較突出的問題就是壽命短,鋅元素在充放電時(shí),會(huì)發(fā)生鋅單質(zhì)跟鋅離子之間的轉(zhuǎn)換,鋅沉積與溶解生成枝晶,而枝晶會(huì)刺破隔膜,導(dǎo)致電池的壽命比較短。而全釩液流電池不會(huì)出現(xiàn)這種固態(tài)析出問題。
此外雖然鋅溴液流電池的優(yōu)點(diǎn)是能量密度較高,但液溴的揮發(fā)性、高毒性、強(qiáng)腐蝕性和易滲透性,也都導(dǎo)致電池在實(shí)際容量、循環(huán)壽命和安全性方面大打折扣。所以國內(nèi)最近這幾年,對鋅溴液流電池的研究和市場化都已經(jīng)不太活躍了。
最近市場上越來越熱的是鐵基液流電池,它主要是鐵的二價(jià)、三價(jià)之間轉(zhuǎn)換。鐵基最大的優(yōu)勢,就在于便宜,因?yàn)闊o論是鐵還是鉻,都在地球中大量存在。