在“双碳”目标指引下，我国新能源产业迎来了高速发展的新时期。以光伏和风电为代表的可再生能源，正迅速改变着我们的能源格局。随着可再生能源发电并网比例快速提升，电力系统“双侧随机性”和“双峰双高”的“三双”特征日益显著，电网面临消纳压力和运行安全挑战。
为保证电力系统的稳定性、经济调度以及电能的高质量，进一步形成可控制、可调度的电网，电力系统需要配置储能，使可再生能源成为更友好的优质新型能源。
随着可再生能源渗透率逐步提升，光伏和风电等可再生能源发电“时间+空间”错配问题逐渐凸显，进一步催生电力系统的长时储能调度需求。长时储能（持续放电时间4h以上的储能技术）可以提升可再生能源发电消纳能力，并有效降低电力系统消纳压力和运行成本。而具备材料本征安全性高、循环寿命长、电解液可循环利用、生命周期性价比高、环境友好等优势的全钒液流电池（以下简称“钒电池”），或将在长时储能领域脱颖而出。
储能，新能源浪潮中的不可或缺
近年来，人们对可再生能源的需求愈发迫切。光伏、风电等可再生能源正以其独特的优势和巨大的潜力，引领着未来能源革命的脚步。随着电网中可再生能源的占比不断提高，电池储能系统（Battery Energy Storage System，简称BESS）将在可再生能源供应与电网负荷之间扮演日益关键的角色，成为加速可再生能源替代传统化石燃料不可或缺的技术。
按照储能原理和技术的不同，储能技术可划分为电储能、热储能和氢储能三大类。其中除抽水蓄能外的储能技术行业统称为新型储能，主要包括锂离子电池、液流电池、压缩空气储能、飞轮储能、氢（氨）储能等。相对于抽水蓄能，新型储能普遍具有建设周期短、选址灵活、响应快速、调节能力强等优势，能够为电力系统提供更多时间尺度的调控能力。
钒电池，液流电池的优胜者
液流电池技术最早可追溯到1884年，法国工程师Charles Renard为军用飞艇研发出了原始的锌氯电池，当时尚未配备现代液流电池的核心组件——流体驱动系统。随着1950年代隔膜的问世，液流电池技术开始萌芽。其演化历程大致分为三个阶段：
■ 萌芽期
1974年，美国航空航天局（NASA）的科学家塞勒（L.H.Thaller）试图探索用于月球基地上储存太阳能的方法，提出将二氯化铁（FeCl2）和三氯化铬（CrCl3）作为液流电池的电化学活性物质，以盐酸作为基质，以阴隔膜为隔膜，设计了第一款Fe-Cr双液流电池，开发出功率1kW的样机。然而，由于运行过程中正极、负极电解液中的活性物质交叉污染，致使电压不稳，电池容量衰减且无法长期运行，这大大降低了电池的实际使用寿命。
为避免正负极活性物质交叉污染，解决思路一是将正负极活性物质全部用同一元素的不同价态离子的化合物来构建，二是继续改进隔膜。金属钒化合物因具有多种的价态、且安全性较高，故而尤为引人注目。
■ 研发期
在众多的液流电池化学体系中，因钒电池正负极电解液不存在交叉污染问题，且其安全性和可靠性较高，经过十余年的探索，全钒液流电池技术得到了长足的发展。
1986年，澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）的Maria Skyllas-Kazacos教授在国际上首次申请了全钒液流电池专利，并建造了1kW级的试验电堆，能量效率达72-88%。该电池使用不同价态钒离子构成氧化还原电对；以石墨毡为电极，石墨-塑料板栅为集流体；质子传导膜作为电池隔膜；正、负极电解液在充放电过程中流过电极表面发生电化学反应，可在5-45℃温度范围长期运行。
UNSW的研究成果是全钒液流电池发展史上的一个里程碑，这标志着该技术开始从实验室走向产业化。
■ 商业化初期
全钒液流电池经过多年探索和积淀，其技术已完全具备可行性。进入21世纪后，全钒液流电池开始真正走向商业化。
1997年，UNSW向Pinnacle出售钒电池专利；2001年，加拿大Vanteck公司收购了Pinnacle公司，获得核心专利权；2002年，Vanteck公司改名为钒电池储能系统技术开发公司（VRB Power Systems），并在2004年收购了Reliable Power公司，从而控制了整个北美地区的全钒液流电池市场，成为当时全球最大的全钒液流电池公司。
国内的全钒液流电池基础研究起步较早，开始于20世纪80年代末期。中国工程物理研究院的电子工程研究所率先在1995年建成了500W、1kW全钒液流电池样机。2006年，中国科学院大连化学物理研究所建成10kW全钒液流电池试验电堆。2009年，北京普能世纪科技有限公司以低价收购VRB Power System，获得其各项技术、专利、商标、设备及核心技术团队。同时，大连融科储能技术发展有限公司（简称“融科储能”）于2008年10月在大连市高新技术产业园区成立，由中国科学院大连化学物理研究所与大连博融控股集团共建。
得益于前期经验积累和外部技术，中国的全钒液流电池技术研发和产业化进程大大加快，目前已成为该领域的全球主力。
来源：钛媒体APP
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