专访中南大学教授刘素琴：科学和技术相辅相成 电解液成本是全钒液流储能降本关键

新型储能技术路线百花齐放，以兼容可再生能源并网为需求的4小时以上的长时储能，正成为新型电力系统建设中的下一个风口。这之中，液流电池的产业化进度备受关注。

自20世纪90年代末以来，中南大学、大连化学物理研究所、清华大学、中科院沈阳金属所等机构陆续投身全钒液流电池的研发工作，攻克多项关键核心技术。

作为最早一批在国内从事全钒液流电池领域研究的专家，刘素琴向21世纪经济报道记者回顾了过去20年全钒液流电池技术在中国从无到有、从实验室走向产业化的历程。

在迎接市场需求快速膨胀的过程中，技术专家如何看待产业下一阶段的发展方向？

全钒液流电池的国产化之路

上个世纪80年代，科学家首次提出了全钒液流电池。

2002年，在国家政策的推动下，攀钢与中南大学合作钒电池研发，全钒液流电池开始进入商业化探索。

“2002年，刚刚进入液流电池领域进行研究的时候，当时行业真的还是挺冷的。”中南大学化工学院教授刘素琴在接受21世纪经济报道记者专访时回顾当时的情景。

刘素琴告诉记者，“当时，只是文献上说有一种可能性，我们从中得到一个启示。由于钒有不同的价态，正负极都用钒是可以做成电池，能够充放电，但是我们当时并不能从文献上看到整个电池的结构。”

因为液流电池的结构和基本原理都和锂电池不同，“研究过程中，走了很多的弯路，碰了很多的壁。”刘素琴感叹。例如，液流电池的电解液绝不能够在隔膜中互穿，否则就会变成自放电，所以仅是隔膜材料的确定就经过了很多年的摸索。

“从实验室走向产业化，所有的材料都没有现成的，都得自己去研发，市面上也找不到液流电池的配套元器件。工作量很大，进度缓慢。”刘素琴回忆道。“像电极材料的原毡材料，原来我记得刚开始是拿的保温毡，但是保温毡厚薄很不均匀，要做很多工作进行调整。”

“即使是在实验室的研究，它的投入也是要比常规电池的研究更昂贵，对经费的要求高一些。这样的话，也会阻碍一部分人进来做这个领域的研究。”现实的困难使得整个行业步履维艰，刘素琴回忆，“液流电池的隔膜在2002年的时候是12000多元一平方米，后来外部采购的价格也要1万块钱一平方米。”

除了电极、电解液、隔膜，还需要组成电池的整个系统。“在做电池到电堆的过程中，如果电堆结构没有很好的优化，电池材料是发挥不了它最佳性能的。”刘素琴告诉21世纪经济报道记者。

从国内的产业进展也可瞥见一角。2006年，中科院大连化学物理研究所研制出10kW电堆，2009年，北京普能收购了加拿大VRB power system公司，掌握全钒液流电池的核心专利权。直到2020年，大连、北京等地全钒液流电池储能示范项目投入运营，全钒液流电池的技术成熟度和规模化才开始日渐提高。

随着规模效应的浮现，材料降本也取得了一定的突破。不过，刘素琴还告诉21世纪经济报道记者，液流电池三大关键材料，电解液、电极和隔膜，在产业化过程中各自都存在技术瓶颈，比如，电解液能量密度低，高温稳定性差；电极中商业化碳毡材料催化活性低；隔膜的成本高，主要依靠国外进口。

刘素琴介绍，目前其在技术路线上研发的目标是，对添加剂进行改性，制备高浓度高稳定性电解液；开发活性催化剂材料，提高电堆功率密度；以及开发低成本、高质子传导高稳定性隔膜，突破“卡脖子进口隔膜技术”。

吉瓦级时代来了

2021年，刘素琴出任北京星辰新能科技有限公司（下称“星辰新能”）首席科学家。谈及与企业的合作，刘素琴直言不讳，其实大家都是一个共同的目标，就是要推进它的产业化。

21世纪经济报道记者注意到，今年以来，液流电池正在走向“吉瓦级”时代。

2023年5月4日，星辰新能宣布其全钒液流吉瓦级工厂在常州武进国家高新技术产业开发区落成，预计将于2023年8月投产第一期300MW量产线，并在同年12月建成第二期700MW量产线，未来最终总产能将达到3GW。

去年11月，中核汇能1GWh全钒液流电池储能系统开标。今年7月，国内首个吉瓦级别的锌铁液流电池工厂即将全面投产，年产能将达6GWh。

融资方面，同样是国内最早一批推进液流电池产业化的企业大连融科，在短短一年多的时间里密集完成三轮融资。去年12月，安信证券公布了大连融科储能集团有限公司发布首次公开发行股票并上市辅导备案报告，预示该公司正式开启冲击IPO之路。从事锌铁液流电池技术路线的纬景储能科技有限公司也在日前宣布完成A轮融资，融资金额超6亿元。

“越来越多的企业参与到液流电池领域其实是好事。”某液流电池企业负责人告诉21世纪经济报道记者。

面对需求膨胀和产业化加速到来，刘素琴认为，“实际上我觉得科学和技术是相辅相成的。原来没有与产业接触的时候，我们把重点放在解决科学的问题。而跟企业接触之后，了解到产业方面的需求，就会将在实验室里对科学问题机理的研究与产业化中对技术难点的突破相结合。”

刘素琴认为，液流电池在长时储能领域迎来了很好的发展机遇；全钒液流储能在技术上引领电化学液流储能，是目前产业化最成功的液流技术路线；电解液成本已成为全钒液流储能降本的关键，这也对其他液流储能技术的发展起到了促进作用。