液流电池

一、基本概述

定义：液流电池（flow battery）是一种新型可充电电池，其能量储存在电解质溶液中，通过电解质在电池内部的流动与电极反应实现能量的存储与释放。液流电池有多种类型，其中，全钒液流电池被认为是现阶段最成熟的液流电池类型，已经进入了商业化阶段。

图示1 液流电池结构示意图

属性特点：液流电池具有可调节的能量容量、长循环寿命和较高的安全性等特点，适用于大规模储能系统、可再生能源调度、电网调频等领域。

二、分类信息

三、详细解释

液流电池是一种特殊类型的可充电电池，其基本结构包括电解液储罐、电泵、反应堆、膜电极组件和电极等部分，电解液通常由含有可逆氧化还原对的溶液组成。

和传统电池不同，这种电池的能量不是存储在固态的电极材料中，而是储存在电解质溶液中。液流电池的基本原理是通过电解质在电池内部的流动与电极反应实现能量的存储与释放。在充电过程中，电解质中的活性物质在电极上发生还原反应，吸收电子并储存能量；在放电过程中，活性物质发生氧化反应，释放电子并释放能量。

液流电池的主要类型包括全钒液流电池、铁铬液流电池、锌溴液流电池等。其中，全钒液流电池采用钒离子作为电解质的活性物质，具有本征安全、长寿命和容量功率解耦等优势，目前已经成为大规模储能技术中最有发展前景的技术之一；铁铬液流电池采用铁和铬的氧化还原对作为电解质的活性物质，锌溴液流电池采用锌和溴的氧化还原对作为电解质的活性物质，二者电解液成本较低。

总的来说，液流电池的优势主要体现在三个方面。第一，它的能量容量与电解质的体积成正比，可以通过增加电解质储罐的容量来扩展电池的能量容量。第二，液流电池的循环寿命较长，这使得它非常适合于需要频繁充放电的应用场景。第三，液流电池还具有较高的安全性，因为其使用的电解质通常是水溶性的，不易燃。

然而，液流电池的发展同样面临着一些挑战。电解质的稳定性、电极材料的导电性和膜的选择性等方面，都在一定程度上影响了液流电池的性能。为了克服这些挑战，研究人员正在开发新型的电解质和电极材料，并不断优化电池的结构和设计。

近年来，我国政府也陆续出台了一系列政策，推动液流电池规模化、产业化、市场化发展。2022年2月，国家发改委和国家能源局联合发布《“十四五”新型储能发展实施方案》，将百兆瓦级液流电池技术纳入“十四五”新型储能核心技术装备攻关重点方向之一。2024年9月，国家发改委、国家能源局、国家数据局三部门印发的《加快构建新型电力系统行动方案（2024—2027年）》，提出探索建设一批液流电池等多种技术路线的储能电站。

四、应用领域/前景

随着“双碳”目标的提出和能源结构调整的加速，新能源发电的装机量持续攀升，进而推动了储能需求的快速增长。液流电池因其独特的结构和工作原理，在大规模储能系统中具有广泛的应用前景。

在电网调频方面，液流电池可以快速响应电网负荷的变化，提供必要的调节能力，确保电网的稳定运行。液流电池还可以与风能、太阳能等可再生能源系统结合，实现能源的储存和调度，提高可再生能源的利用效率。

在可再生能源调度方面，液流电池可以将多余的可再生能源储存起来，在能源需求高峰时释放，平衡能源供需，提高能源系统的可靠性和经济性。

随着液流电池技术的不断发展，其在能量密度、循环寿命和成本等方面取得了显著进展。未来，随着材料科学、电化学和工程技术的不断进步，液流电池有望在更多领域得到应用。

中国在液流电池，尤其全钒液流电池方向上投入巨大，目前已实现多个GW级项目投产（如新疆200 MW项目），并在钒电池制造和电解质供应链上占据优势。但其发展也面临诸多瓶颈：系统成本仍偏高，循环寿命和能量密度需进一步强化，核心组件标准体系尚在建设中。

图示2 全钒液流电池储能系统结构示意图

五、绿色应用难点

首先，液流电池的生产和回收过程可能涉及环境污染和资源浪费等问题。虽然液流电池使用的电解质通常是水溶性的，但其生产和回收过程仍可能对环境造成影响。如全钒液流电池的核心材料五氧化二钒本身被列为高毒化学品，对人体多个系统具有潜在危害，含有强酸（通常为硫酸）的电解液一旦泄漏，其强酸性和含钒特性可能对土壤、水体造成严重污染。因此，在液流电池的生产和回收过程中，需要采取有效的措施，减少对环境的影响，确保其可持续发展。

其次，液流电池的技术发展可能导致资源和利益的不均衡分配。液流电池的研发和产业化可能需要大量的投资和技术支持，可能导致技术和资源的集中，影响公平竞争和利益分配。

最后，液流电池的安全性和可靠性仍需进一步验证。虽然液流电池在理论上具有较好的安全性，但其在实际应用中的表现仍需通过大量的测试和验证。因此，在液流电池的研发和应用过程中，需要加强安全性和可靠性的研究，确保其在各个领域的安全应用。

本词条贡献者：

刘 语 中国科学院工程热物理所，研究员、长时规模储能重点实验室，副主任

本词条审核专家：

路瑞刚 中国汽车工程学会科普文化与传播部部长

参考来源：

[1] 谢聪鑫,郑琼,李先锋,等.液流电池技术的最新进展[J].储能科学与技术

[2] 《液流电池储能产业研究白皮书2025》许晓璇,张长昆,李先锋.面向长时储能的液流电池储能技术:发展,挑战及未来展望[J].科学通报,2025(9).

[3] 科技日报：液流电池会是电动汽车未来选择吗？http://www.kepu.gov.cn/community/2024-11/07/content_254844.html