西班牙布爾戈斯大學(xué)、意大利帕多瓦大學(xué)、芬蘭阿爾托大學(xué)、捷克西波希米亞-皮爾森大學(xué)和巴斯克研究與技術(shù)聯(lián)盟（BRTA）的研究人員對全氧化還原液流電池（RFB）和混合RFP技術(shù)進(jìn)行了全面分析。他們認(rèn)為，在固定存儲應(yīng)用中，這些技術(shù)是鋰離子技術(shù)的有希望的替代品。

研究人員說，氧化還原流存儲技術(shù)與其他存儲技術(shù)相比具有優(yōu)勢，如靈活的模塊化設(shè)計/操作、可擴(kuò)展性、適中的維護(hù)成本、長壽命循環(huán)、高往返效率（RTE）、放電深度（DoD）、快速響應(yīng)和可忽略的環(huán)境影響。這些積極因素大多與該技術(shù)獨特的能量和電力解耦能力有關(guān)。

該組織表示：“與鋰離子電池等其他技術(shù)相比，功率和能量密度的限制通常是通過更具成本效益的可擴(kuò)展性來克服的。”

研究人員稱，釩氧化還原液流電池（vrfb）和鋅溴氧化還原液流電池（zbfb）是最具代表性的混合液流電池類型，是最先進(jìn)的。然而，他們補(bǔ)充說，要使它們在商業(yè)上取得成功和適用性，還有“很長的路要走”。

釩氧化還原液流電池

釩氧化還原液流電池的正極和負(fù)極由膜隔開，該膜選擇性地允許質(zhì)子通過。在充電過程中，施加的電壓使釩離子各自在正側(cè)失去電子。被釋放的電子通過外部電路流向負(fù)側(cè)，并在那里被存儲。在放電過程中，所存儲的電子被釋放，并通過外部電路流回正極。

氧化還原液流電池最初是由美國國家航天局（NASA）在70年代為太空計劃開發(fā)的。與RFB相關(guān)的多項專利在2006年到期，引發(fā)了一場工業(yè)化商業(yè)競賽，到2028年其市場規(guī)模將增長到45億美元。

根據(jù)GreentechMedia的數(shù)據(jù)，2015年和2016年在美國部署的儲能系統(tǒng)中，有90％以上是鋰離子電池，今年也可能如此。數(shù)十年來，電動汽車電池以及筆記本電腦，平板電腦和智能手機(jī)等移動設(shè)備的電池都投入了大量精力，因此該技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展。例如，特斯拉的Powerwall旨在用于住宅和企業(yè)能源存儲，但它使用的鋰離子電池與該公司的電動汽車基本相同。

對于電網(wǎng)規(guī)模的應(yīng)用，我們一直以目標(biāo)為目標(biāo)，但是鋰離子存在重大缺陷。為了使電池組能夠存儲兆瓦時，需要成千上萬個鋰離子電池，每個鋰離子電池需要單獨管理，也需要與其他電池一起管理。即使那樣，鋰離子電池也只能在相對較短的時間內(nèi)（通常為2小時或更短的時間）供電。

為了制造更長壽命的電池，制造商將不得不使電極更厚，并用更多的活性材料包裝它們，這將提高價格。或者公用事業(yè)公司可以簡單地安裝更多的鋰離子電池組，從而增加了成本。

鋰離子電池的性能也會隨著時間而下降，從而使電池的典型使用壽命為10年左右。這對于家用汽車可能很好，但是不太希望在電網(wǎng)上使用。鋰離子電池存在已知的安全問題，最引人注目的是偶爾爆炸或自燃。

我們還研究了鈉硫電池。一度被認(rèn)為對公用事業(yè)規(guī)模的安裝很有前景，這種電池可在300°C左右的溫度下工作，以液化分別形成正極和負(fù)極的硫和鈉。但是這些電池也具有易燃性問題。例如，在日本Joso市一家工廠的2兆瓦系統(tǒng)在2011年著火后，電池制造商NGKInsulators召回了產(chǎn)品并暫時停止了生產(chǎn)。

相比之下，氧化還原液流電池（RFB）具有其他電池所沒有的功能。從理論上講，如果使用不可燃材料制造，它們可以輕松擴(kuò)展到兆瓦時，在更長的使用壽命內(nèi)保持其性能，并且更加安全。與將鋰離子或其他固態(tài)電池存儲在由活性固體材料制成的電極中的電能或電荷相反，RFB的工作方式更像可逆燃料電池：要放電，電池會吸收存儲在液體電解質(zhì)中的化學(xué)能，將其轉(zhuǎn)換為電流，從而使充電過程逆轉(zhuǎn)。

經(jīng)常被認(rèn)為是劣勢的氧化還原液流電池（RFB）可能無法提供與鋰離子電池相同的功率，但是它們在循環(huán)壽命，安全性和可靠性方面可與固定應(yīng)用競爭。全世界的公用事業(yè)公司正在試點項目中對RFB進(jìn)行狂熱的測試，而中國正在建設(shè)世界上最大的電池（200MW/800MWh），該電池將完全由氧化還原液流電池供電。如果成功，該項目將在全國范圍內(nèi)復(fù)制，并可能在歐洲和美國復(fù)制。

RFB通過溶解在稱為陽極液和陰極液的液體溶液中的電活性化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行操作，并存儲在槽中。通過膜交換離子，可以產(chǎn)生電池電壓并從這種系統(tǒng)中提取能量。可以獨立調(diào)節(jié)水箱和隔膜的尺寸，從而實現(xiàn)功率和能量功能的解耦，從而使該技術(shù)非常靈活，可根據(jù)用戶需求量身定制。

固定式能量存儲是在住宅，工業(yè)和電網(wǎng)級別提高可再生能源利用率以及實施能效措施的一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。氧化還原液流電池技術(shù)盡管具有較高的前期成本和較低的能量密度，但即使經(jīng)過數(shù)千次循環(huán)后仍具有良好的容量保持能力，因此投資回收期較短。此外，氧化還原液流電池（RFB）保留了大部分初始值，這是因為其比其他電池化學(xué)物質(zhì)更容易回收其核心組件。RFB的一些化學(xué)藥品，例如基于釩的化學(xué)藥品，已經(jīng)商業(yè)化，將占據(jù)60億美元市值的大部分。其他化學(xué)物質(zhì)，例如鋅/溴和氫/溴，

鋰離子電池將因?qū)嵱眉壱毫麟姵氐某霈F(xiàn)而遭受挫折，這將有助于緩解電動汽車應(yīng)用中對鋰資源的壓力。最后一個有趣的說法是，除顯著例外外，RFB行業(yè)的很大一部分位于歐洲和美國。上述公司的成功將推動西方世界與亞洲鋰離子電池市場競爭者的競爭力。

VRFBs的主要障礙是低可用性和高釩成本，以及需要一個雙向DC/AC逆變器來連接電網(wǎng)。然而，最近在電解質(zhì)組成、膜和電極以及效率、功率和電流密度方面取得了進(jìn)展。

研究人員說，這些技術(shù)的另一大優(yōu)勢是能夠立即對電網(wǎng)激增的電力需求作出反應(yīng)，應(yīng)對電網(wǎng)服務(wù)的電能質(zhì)量，如凹陷補(bǔ)償和頻率調(diào)節(jié)。據(jù)估計，這種電池的平準(zhǔn)化存儲成本（LCOS）為每小時0.18千瓦（1次循環(huán)1次）。

科學(xué)家們說：“目前的研究目標(biāo)是能夠提高活性物質(zhì)濃度和能量密度的電解質(zhì)，具有更高質(zhì)子傳導(dǎo)性和更低離子交叉的膜，具有更好水力性能的多孔電極。盡管如此，重大問題仍然存在。較低的能量密度使VRFB系統(tǒng)比同等的鋰離子系統(tǒng)體積大得多。”

鋅基電池

ZBFB是具有相當(dāng)?shù)偷碾娏髅芏鹊珱]有循環(huán)壽命限制的器件，因為電解質(zhì)不受老化影響。

“ZBFB試點系統(tǒng)的充放電持續(xù)時間可達(dá)10小時，這一性能可與商用VRFB媲美，電流密度可達(dá)80毫安厘米－2，能效約為80%。”學(xué)者們說。

他們還解釋說，鋅基氧化還原流動儲存技術(shù)并不比釩基技術(shù)便宜，盡管鋅和溴是低成本的材料。這些電池實際上需要昂貴的隔離劑來避免有毒的溴蒸汽排放。他們的LCO估計超過了每小時0.20千瓦。

其他設(shè)備

研究人員還研究了替代的水性無機(jī)純液流電池，如釩氧氧化還原液流電池（VORFBs）、釩溴氧化還原液流電池（VBFBs）、氫溴氧化還原液流電池（HBFBs）、多金屬氧酸鹽基氧化還原液流電池（POMs-RFBs）和水性有機(jī)氧化還原液流電池（AORFBs）。此外，他們還分析了電解質(zhì)和膜的不同材料。他們介紹了半固態(tài)流動電池（ssfb）和固態(tài)靶向/介導(dǎo)/增強(qiáng)流動電池（smfb）的情況。

他們還研究了混合流動/非流動裝置，如基于金屬溶液的氧化還原雙流電池，以及鋅基、鐵基、銅基或金屬-空氣基氧化還原流動儲存系統(tǒng)。此外，科學(xué)家們還研究了太陽能氧化還原液流電池（SRFB）、空氣呼吸硫液流電池和金屬二氧化碳電池的潛力。

研究人員說：“以低成本rfb為目標(biāo)的研發(fā)不僅要注重經(jīng)濟(jì)材料，還要注重優(yōu)化系統(tǒng)性能，主要是在能量密度和功率密度方面，同時保持高效率。由于固定儲能靶的長壽命和大規(guī)模應(yīng)用，所用材料的穩(wěn)定性和安全性是保證其可持續(xù)性和最終成功的關(guān)鍵。”

他們聲稱，到2030年，最有前途的技術(shù)可以實現(xiàn)0.05kwh（1次循環(huán)）的總LCO。他們在“氧化還原液流電池：可持續(xù)固定能源儲存的現(xiàn)狀和前景”一文中發(fā)表了他們的研究結(jié)果，該論文最近發(fā)表在《能源雜志》上。

盡管前期成本較高，但氧化還原流動電池（RFB）技術(shù)的回報時間更短，這主要是因為即使經(jīng)歷多次次循環(huán)，其容量保持率仍然很可觀。由于核心組件可回收，RFB可保留其大部分初始價值。鋰離子電池將因為實用級RFB的興起而受到影響，而且能夠承受電動汽車應(yīng)用所需的鋰資源的壓力。