高能量密度液流電池關鍵材料與先進表征

摘要

氧化還原液流電池具有安全性能高、可深度充放電、設計靈活等優(yōu)勢，在大規(guī)模儲能領域得到了廣泛關注，是實現(xiàn)“雙碳”目標的一種重要儲能技術。然而，較低的能量密度限制了液流電池的應用前景，因此亟需開發(fā)高能量密度的液流電池體系。液流電池的能量密度取決于電池關鍵材料的性能，尤其是正、負極電解液中活性物質的溶解性和電解液的電化學活性。因此，液流電池關鍵材料的開發(fā)和性能表征是液流電池領域中的重要研究方向。本文綜述了高能量密度液流電池的主要構建策略，著重討論了多電子轉移體系、提高活性物質溶解度、半固態(tài)流體電池和氧化還原靶向反應液流電池四種提升電池能量密度的方法，并介紹了當前液流電池領域中的先進原位表征技術，包括原位拉曼光譜、原位紫外-可見吸收光譜、原位紅外光譜和原位核磁共振技術。本文總結了高能量密度液流電池關鍵材料的研究進展，明確了原位表征技術在揭示復雜電化學反應機理中的重要作用，并對高能量密度液流電池的應用場景進行了展望。關鍵詞

電化學儲能技術；液流電池；能量密度；原位表征隨著“碳達峰、碳中和”目標的提出，以光電、風電為代表的新能源電力迅速發(fā)展。然而太陽能、風能等清潔能源受時間和空間限制，其發(fā)電過程具有間歇性和波動性，大規(guī)模并網(wǎng)會對電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性帶來巨大沖擊。儲能裝置不僅可以克服新能源電力的波動性實現(xiàn)安全穩(wěn)定并網(wǎng)，還可以調節(jié)電網(wǎng)的輸入、輸出功率構建智能電網(wǎng)，因此，儲能技術是構建清潔低碳的新型電力系統(tǒng)、實現(xiàn)“雙碳”目標的關鍵技術。在眾多儲能技術中，氧化還原液流電池儲能技術具有電容量和功率解耦、可深度充放電、響應速度快、循環(huán)壽命長、安全性高和結構設計靈活等優(yōu)點，在大規(guī)模儲能領域具有巨大發(fā)展前景。氧化還原液流電池利用正、負極電化學活性物質的氧化、還原反應來實現(xiàn)能量的存儲與釋放，其基本組成結構如圖1所示。電池由外部的正、負極儲液罐和內部的電池系統(tǒng)構成。電池中間由離子交換膜分隔成正、負極兩個半電池，正負極電解液分別在半電池和儲液罐中循環(huán)完成充電、放電過程。這種電解液、電池反應室相對分離的結構使得液流電池的功率與容量可以分開設計。圖1

氧化還原液流電池結構示意圖

液流電池最早由Thaller提出，他利用Fe2+/Fe3+和Cr3+/Cr2+電對實現(xiàn)了電能與化學能的相互轉化。然而鐵鉻液流電池的正、負極存在嚴重的交叉滲透。1986年，提出全釩液流電池(all-vanadiumredoxflowbattery，VFB)，有效地避免了正負極交叉污染的問題。隨后，以VFB為代表的液流電池儲能技術取得了迅速發(fā)展。液流電池的關鍵核心材料和電堆集成技術也取得了一系列重要成果，極大地促進了液流電池儲能行業(yè)的發(fā)展。受電化學活性物質溶解度的制約，能量密度成為了目前限制液流電池推廣應用的關鍵因素。因此，低成本、高能量密度液流電池的開發(fā)是當前液流電池領域的研究重點。本文綜述了當前提升液流電池能量密度的主要策略，包括多電子轉移體系、化學調控提升電解質溶液濃度、半固態(tài)流體電池和基于氧化還原靶向反應的液流電池技術。此外，為了明確液流電池關鍵材料在服役期間的動態(tài)變化和反應機理、揭示高能量密度液流電池體系的構建機制，本文還探討了目前液流電池領域中的先進表征技術，為進一步提升液流電池的性能提供借鑒。1高能量密度液流電池液流電池的能量密度Ed指的是單位體積電解液所能儲存的能量，可以用公式(1)進行計算：(1)式中，n是電解質溶液中每分子活性物質轉移的電子數(shù)，c是電解質中氧化還原活性物質的濃度，F(xiàn)是法拉第常數(shù)，U是電池電勢差。從公式(1)可以看出，液流電池的能量密度與活性物質轉移電子數(shù)、活性物質濃度和電池電位差呈線性關系。因此，通常可以從以下三個方面提高液流電池的能量密度：（1）開發(fā)新的氧化還原活性分子，構建多電子轉移體系液流電池；（2）提高電解質中氧化還原活性物質的濃度，包括增大活性分子的溶解度，通過復配技術或其他手段提高電池中實際參與反應的活性物質濃度；（3）開發(fā)低電位負極物質或高電位正極物質，增大電池電勢差。1.1構建多電子轉移體系從公式(1)可以看出，提高反應過程中的電子轉移數(shù)目可以成倍提升液流電池的能量密度，故多電子轉移體系的開發(fā)是高能量密度液流電池研究領域中的一個重要研究方向。目前研究較多的有溴、碘等鹵素，以及聯(lián)吡啶、二酰亞胺和蒽醌類衍生物等有機芳香分子體系(表1)。表1

多電子轉移體系利用鹵素多變的價態(tài)開發(fā)多電子轉移體系是實現(xiàn)高能量密度液流電池的有效途徑之一。比如，李先鋒團隊利用溴元素構建了雙電子轉移體系[圖2(a)]。把HCl引入HBr電解質中通過同主族元素促進溴離子的雙電子氧化過程，得到了新的氧化還原電對BrCl2-/Br-。循環(huán)伏安(cyclicvoltammetry，CV)曲線中兩個可逆的氧化還原峰[圖2(b)]證實了雙電子轉移過程。圖2

(a)TBCFB示意圖；(b)

不同鹵素電解液的CV曲線

此外，還可以通過有機分子的結構修飾實現(xiàn)多電子轉移。例如，梁振興團隊提出利用多電活性中心(multipleredoxcenter，MRC)設計理念，設計并制備了具有六電子轉移反應和四電子穩(wěn)定充放電的(TPyTz)Cl6分子。(TPyTz)Cl6的CV曲線中三對可逆的氧化還原峰(圖3)表明(TPyTz)Cl6有三種高度可逆的氧化還原過程。MRC設計理念指導和發(fā)展了新型有機電化學活性分子體系，為分子水平上的多電子轉移電化學過程的構建提供了思路。圖3

(TPyTz)Cl6的CV曲線

在同等活性物質條件下，多電子轉移分子存儲的電量是單電子轉移分子的數(shù)倍，因而能夠大幅提升液流電池能量密度。然而，很多電化學活性分子的多電子轉移過程并不是同步發(fā)生的，而是通過多步單電子氧化還原過程累積實現(xiàn)的，這并不利于液流電池的實際應用場景。1.2提高電化學活性物質濃度提高電化學活性物質濃度是提升液流電池能量密度的另一個重要手段。具體可以從兩個方面出發(fā)：一方面，開發(fā)具有高溶解度的電化學活性物質；另一方面，通過復配原理利用不同物質的相互影響來增大活性物質的溶解度。多硫化物和鹵素等具有較好水溶性分子被廣泛用作液流電池活性物質(表2)。表2

不同活性物質溶解度及電池能量密度2021年，本課題組基于“異離子效應”首次構建了中性鐵-硫液流電池體系，將等物質的量Na4Fe(CN)6和K4Fe(CN)6混合得到了[Fe(CN)6]4-離子濃度高達1.6mol/L的中性鐵基正極液。與K2S負極組裝的中性鐵-硫液流電池體積容量達到了42.8Ah/L，遠高于單一鐵氰化物和亞鐵氰化物的體積容量。隨后，本課題組突破了亞鐵氰化物在堿性條件下的溶解度極限，構建出了高能量密度的堿性鋅-鐵液流電池體系，并同時改善了含F(xiàn)e(CN)64-/Fe(CN)63-電解液在長循環(huán)充放電過程中的電化學穩(wěn)定性(圖4)。圖4

高濃度鐵正極和鋅負極組成的鋅鐵液流電池示意圖為了提高碘基液流電池的能量密度，本課題組以KSCN為絡合劑使I-容量得到充分釋放(圖5)。SCN-離子不僅可以代替I-與I2絡合形成[I2SCN]-，而且還可以促進I2的溶解[圖5(a)]，將電池內的碘元素充分以I-離子的形式釋放出來。基于KSCN的碘-碘液流電池(IIRFB-SCN)的體積容量比碘-碘液流電池(IIRFB)提高了58.66%，接近理論容量[圖5(c)]，為高能量密度碘基液流電池的開發(fā)提供了新的方向。圖5

(a)I2分別在水和KSCN溶液中的溶解對比圖；(b)KI和KI+KSCN的循環(huán)伏安曲線；(c)IIRFB和IIRFB-SCN在20mA/cm2下的充放電曲線

與無機鹽相比，有機分子更容易通過結構修飾調節(jié)溶解度等性質。因此，水系有機液流電池(aqueousorganicredoxflowbattery，AORFB)可以通過引入磺酸基等親水官能團提高活性分子的溶解度，進而提升電池的能量密度(圖6)。圖6

(a)

不同偶氮苯基衍生物的分子結構；(b)DFT計算的不同偶氮苯基衍生物的溶劑化能；(c)

偶氮苯基衍生物在不同濃度NaOH溶液中的溶解度；(d)AQSNH4和AQDS(NH4)2的合成路線；(e)

蒽醌衍生物的溶解度對比1.3半固態(tài)流體電池Duduta課題組首次提出半固態(tài)流體電池(圖7)，將固態(tài)活性物質、導電添加劑和電解液的混合物做成可以流動的漿料，在電池內部與儲液罐之間循環(huán)流動，大幅提升了電池的能量密度。圖7

半固態(tài)流體電池示意圖最早，半固態(tài)流體電池多為半固態(tài)流體鋰電池。在固態(tài)漿料中Li+濃度可以超過20mol/L，遠高于傳統(tǒng)液流電池中活性物質的濃度。此外，半固態(tài)鋰電池的電壓與鋰離子電池接近，因而可以實現(xiàn)超高的能量密度。以固態(tài)Li4Ti5O12和LiCoO2分別作為正、負極活性物質，炭黑固態(tài)漿料作為導電添加劑構建的半固態(tài)流體鋰電池的能量密度能達到了615Wh/L。團隊將高溶解度液態(tài)活性物質與高容量固態(tài)活性物質結合，設計了一種半固液兩相復合液流電池(MRSSL)。碘化鋰在1,3-二氧戊環(huán)/乙二醇二甲醚混合溶劑中的溶解度超過了5mol/L。以高濃度碘化鋰與硫/碳固態(tài)復合物混合作為電解質的半固態(tài)電池的體積容量達到了580Ah/L。此后，半固態(tài)流體電池的固態(tài)活性物質也不斷拓展。2022年，中南大學團隊首次設計并制備了一種由分散在導電彈性流變網(wǎng)中的鋅粉和親鋅錫添加劑組成的半固態(tài)鋅漿負極，該漿料中均勻分散的多壁碳納米管形成了一個強大的三維離子和電子傳輸?shù)膶щ娍蚣埽沟迷摪牍虘B(tài)鋅漿料組成的電池比容量達到了250mAh/g。半固態(tài)流體電池克服了活性物質溶解度受限的問題，為高能量密度液流電池的開發(fā)提供了新的思路。然而，半固態(tài)電解質的高黏度導致電解質流動受阻，對電池的反應動力學造成影響，不僅降低了電池的運行效率，而且增加了泵機能耗與電池的運維成本。1.4氧化還原靶向反應液流電池傳統(tǒng)水系液流電池因活性物質溶解度限制，能量密度難以得到大的提升；半固態(tài)流體電池能顯著提升電池能量密度，但因漿料流動性差影響電池的工作效率。因此，在保證傳統(tǒng)水系液流電池電解質溶液優(yōu)異流動性的基礎上，兼顧半固態(tài)漿料固態(tài)儲能的高活性物質濃度，成為當前發(fā)展高能量密度液流電池的有效途徑。將氧化還原電位與活性分子接近且易溶解擴散的媒介分子引入到流動性差的固態(tài)或半固態(tài)電解液中進行氧化還原靶向反應(redox-targetingreaction)，可以借助媒介分子的流動實現(xiàn)固態(tài)或半固態(tài)活性分子的電荷轉移過程?；谘趸€原靶向反應的液流電池將固態(tài)與液態(tài)儲能有機結合，可以顯著提升液流電池的能量密度。如表3所示，氧化還原靶向反應液流電池均得到了較高的能量密度。表3

不同氧化還原靶向反應液流電池能量密度以LiFePO4和二氧化鈦(TiO2)分別作為正、負極儲鋰材料，構建了罐能密度達到500Wh/L(50%孔隙率)基于氧化還原靶向的鋰離子液流電池(redoxflowlithium-ionbattery，RFLB，圖8)，該RFLB的能量密度是傳統(tǒng)VFB的10倍以上。氧化還原靶向的RFLB既保留了傳統(tǒng)鋰離子電池的高能量密度，又具備液流電池的安全性與靈活性，有效提升了液流電池的能量密度。近年來，氧化還原靶向液流電池的原理和技術逐步應用到VFB、AORFB和鋅空氣電池等眾多電池系統(tǒng)中。圖8

氧化還原靶向基液流鋰電池示意圖2先進表征方法隨著液流電池技術的不斷發(fā)展，明確電化學儲能機理和電池材料的變化規(guī)律對提升電池性能至關重要。通過先進表征技術可以準確分析液流電池充、放電過程中，電化學活性物質、電極、離子交換膜等關鍵材料的組成、結構變化規(guī)律，進而指導電池關鍵材料的開發(fā)與優(yōu)化，為電池儲能性能的提升指出方向。原位表征技術是一種在不改變待測物質運行狀態(tài)的情況下，對檢測對象的組成、結構或狀態(tài)的變化進行分析的先進技術，其優(yōu)點是可以進行實時檢測。作為高效的反應過程研究手段，原位表征技術在液流電池等各類儲能體系的設計與開發(fā)中得到了廣泛應用。尤其是在液流電池運行過程中，利用原位表征技術對關鍵材料進行實時分析，可以深入研究液流電池的儲能機理，進而定向提升電池的性能。本部分重點概述現(xiàn)階段液流電池關鍵材料研究中用到的原位光譜學和原位核磁共振表征技術。2.1原位光譜學2.1.1原位拉曼光譜拉曼光譜技術是基于拉曼散射效應，對與入射光頻率不同的散射光進行系統(tǒng)分析，從而得到分子振動、轉動等與分子結構相關信息的一種分析技術。與普通拉曼光譜技術相比，原位拉曼光譜技術不需要額外進行樣品配制，可以在不改變樣品所處環(huán)境的情況下，探測反應過程中反應體系中各物質的變化過程，包括原料的消耗、中間產(chǎn)物、最終產(chǎn)物的形成等，常用于監(jiān)測反應的進程。在電化學儲能領域中，原位拉曼光譜技術廣泛用于電池材料動態(tài)變化監(jiān)測和反應機理的研究。2022年，運用原位拉曼光譜對水系鋅錳電池運行過程中正極材料的結構變化進行動態(tài)分析，研究了新型層狀錳基正極分子在充、放電過程中的可逆變化過程，構建了312mAh/g的高容量水系鋅錳電池。錳基正極分子Mg0.9Mn3O7·2.7H2O的原位拉曼光譜如圖9(a)所示，在570～590cm-1和620～680cm-1的兩個峰分別對應MnO6八面體基底面的Mn—O鍵伸縮振動和晶體內的Mn—O鍵對稱伸縮振動。在充滿電的狀態(tài)下，571cm-1和665cm-1兩處均具有明顯的強特征峰。隨著放電過程的進行，兩種振動模式對應的兩個峰都逐漸變弱，并且在完全放電狀態(tài)下強度最低。此外，在放電過程中，兩種振動模式都有輕微的紅移，表明MnO6八面體中Mn(Ⅳ)的減少；在充電過程中，這兩個拉曼峰又經(jīng)歷了輕微藍移，最終到達相同的位置。在持續(xù)的充、放電過程中，拉曼峰強度經(jīng)歷了可逆的變化，證明了該錳基分子具有良好的結構穩(wěn)定性，因而保證了水系鋅錳電池的穩(wěn)定循環(huán)過程。圖9

(a)Mg0.9Mn3O7·2.7H2O的原位拉曼光譜圖；(b)

不同充電狀態(tài)下電解液的原位拉曼光譜在電化學活性物質的氧化還原可逆性研究方面，原位拉曼光譜技術具有獨特的優(yōu)勢。借助原位拉曼光譜研究了BrCl2-/Br2/Br-的電化學反應機理。通過記錄電池充、放電過程中正極溴電解液在100～400cm-1范圍內的原位拉曼光譜[圖9(b)]，發(fā)現(xiàn)荷電狀態(tài)(SOC)低于50%時，在160cm-1和260cm-1處具有明顯的Br3-和Br5-信號。由此證明了溴正極液中發(fā)生的第一步反應是Br-/Br2之間的轉化。當SOC超過50%后，在280cm-1處出現(xiàn)明顯峰值，對應BrCl2-陰離子的伸縮振動，表明BrCl2-/Br2之間的反應是正極液中發(fā)生的第二步反應。另一方面，放電過程的原位拉曼光譜出現(xiàn)了相反的過程，證明了BrCl2-/Br2/Br-的可逆轉換。此外，也利用原位拉曼光譜證實了活性物質Li5BW12O40的高度可逆性。2.1.2原位紫外-可見吸收光譜液流電池電解液的活性分子狀態(tài)在電池充、放電過程中不斷變化，原位紫外-可見吸收光譜常用來研究電池充、放電過程中電化學活性分子的氧化、還原狀態(tài)變化。通過原位紫外-可見吸收光譜可以連續(xù)分析電解質的組成成分，對液流電池電化學儲能機理的揭示具有指導意義。2022年，利用原位紫外-可見吸收光譜對鋅-碘液流電池中碘離子在充、放電過程中的電化學反應原理進行了研究。在電解質溶液中，碘的氧化、還原反應過程涉及到I-、I3-和I2，中間產(chǎn)物的I3-的積累會破壞鋅-碘液流電池的循環(huán)穩(wěn)定性，造成電池效率下降。因此，該團隊設計了一種共晶電解質用于鋅-碘液流電池，并通過原位紫外-可見吸收光譜(圖10)發(fā)現(xiàn)在第一個循環(huán)過程中，共晶電解質中的I3-含量升高，但隨著充、放電過程的繼續(xù)，I3-的吸收峰逐漸消失，表明這種電解質可以有效抑制中間產(chǎn)物I3-的積累。該研究結果以可視化的方式證實了共晶電解質對電化學活性分子的穩(wěn)定作用，也充分展示了原位紫外-可見吸收光譜在電化學反應過程表征中的優(yōu)勢。圖10

鋅-碘液流電池電解液的原位紫外-可見吸收光譜：(a)

共晶溶液；(b)

常規(guī)溶液

2.1.3原位紅外光譜原位紅外技術是研究材料微觀結構、反應活性以及反應機理的關鍵技術。通過檢測材料在反應過程中官能團的變化模擬出反應過程，進而準確地揭示反應機理，指導材料的設計與優(yōu)化。離子選擇性作為液流電池離子交換膜的關鍵評價指標，對液流電池的庫侖效率和循環(huán)壽命具有重要作用。2021年，盧怡君團隊設計了一種電荷增強離子交換膜(CRIS)，并用原位衰減全反射-傅里葉變換紅外(ATR-FTIR)光譜對比研究了CRIS和商業(yè)Nafion117(N117)兩種離子交換膜的離子選擇性。完全水合的CRIS和N117在60min內失水和在強堿溶液中吸水的原位ATR-FTIR光譜分別如圖11(a)和圖11(b)所示，與N117相比，CRIS中水分子和OH-的流失情況明顯受到抑制。表明CRIS具有更高的離子選擇性，限制了電解質溶液中水分子和OH-的自由遷移。圖11

(a)N117失水和吸水的原位ATR-FTIR光譜；(b)CRIS失水和吸水的原位ATR-FTIR光譜；(c)

無膜液流電池結合原位紅外測試示意圖；(d)

無膜液流電池電解液的原位紅外光譜

2022年，結合水系和非水系電解液搭建了一種無膜液流電池，并通過原位紅外光譜分析了水分子對非水系電解液穩(wěn)定性的影響機理。該無膜液流電池原位紅外測試示意圖如圖11(c)所示，通過持續(xù)測試非水系電解液的傅里葉-紅外光譜[圖11(d)]發(fā)現(xiàn)，在非水系電解液中存在水分子遷移現(xiàn)象，而且在300min內水分子的含量迅速增加，并持續(xù)影響非水系電解液中活性物質的穩(wěn)定性，導致電池性能衰減。2.2原位核磁共振原位核磁共振(NMR)技術常用于化學反應中有機化合物的動態(tài)結構表征，通過特征原子化學位移的變化研究反應機理等，是一種無損檢測技術。AORFB的電化學活性物質種類多、來源廣，并且通過分子修飾可以靈活調節(jié)電池性能，近十年來廣受關注。在AORFB充、放電過程中，往往涉及復雜的化學、電化學反應，因此利用原位NMR技術分析電化學活性物質的結構變化過程，對明確AORFB儲能機理至關重要。Grey團隊率先提出AORFB的原位NMR技術，并搭建了兩種液流電池原位NMR測試裝置(圖12)。一種為聯(lián)機裝置，在液流電池系統(tǒng)外對正、負極電解液進行實時監(jiān)測，獲得電解液流出電池時的1HNMR譜圖。如圖14(a)所示，電解液從電池流出后進入核磁檢測系統(tǒng)，然后再返回儲液罐。此種原位測試裝置中電池的金屬組件不會對核磁測試部位造成影響，因而能提供更高的光譜分辨率。另一種則是整電池原位檢測裝置，如圖14(b)所示，在原位NMR裝置內部搭建了一個微型的液流電池，這種裝置方便對微型電池施加操作條件后同步監(jiān)測正、負極電解液的變化。該團隊基于原位NMR技術分別研究了2,6-二羥基蒽醌(DHAQ)和4,4’-二氧代(9,10-蒽醌-2,6-二基)二丁酸脂(DBEAQ)兩種AORFB中常用的負極分子的電化學反應機理。證實了DHAQ在電化學反應過程中自由基的形成過程，并獲得了還原態(tài)與氧化態(tài)的電子轉移速率常數(shù)。通過實時監(jiān)測電解液分解和電池自放電過程，發(fā)現(xiàn)DHAQ4-會被氧化成DHAQ2-和DHAQ3-。在后續(xù)研究中，該團隊還利用原位NMR發(fā)現(xiàn)電池電壓調控分解的2,6-二羥基蒽酮(DHA)和其互變異構體2,6-二羥基蒽酚(DHAL)能夠重組轉化為DHAQ，并明確提出了電化學轉換流程。圖12

兩種原位NMR裝置示意圖：(a)

聯(lián)機裝置；(b)原位裝置和微型電池再生能源原位NMR表征技術，可實時監(jiān)測氧化還原活性物質的結構狀態(tài)，從微觀分子層面研究液流電池在充、放電過程中的電化學反應過程，為電化學原理分析和電池性能研究提供良好的技術支撐。3液流電池的應用“雙碳”目標的提出促進了風、光等可再生能源的大力開發(fā)，并推動著諸多降碳措施的落實。截止到2023年6月底，可再生能源的發(fā)電裝機超過了煤電機組的裝機容量，約占我國總裝機的48.8%。另一方面，電力系統(tǒng)的電源結構型式發(fā)生了巨大的變化?？稍偕茉窗l(fā)電不穩(wěn)定的天然自然屬性是新型電力系統(tǒng)亟需解決的問題，而儲能技術是解決這一問題的可靠途徑。根據(jù)儲能應用的不同場景，液流電池儲能技術在電網(wǎng)側、發(fā)電側和用戶側存在巨大應用潛力(圖13)。圖13

液流電池儲能技術的不同應用場景示意圖在電網(wǎng)側，液流儲能技術選址不受地理環(huán)境限制且結構靈活，易建立大型獨立儲能電站用于調峰、調頻以及備用，實現(xiàn)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。在高比例可再生能源并網(wǎng)的新型電力系統(tǒng)的電網(wǎng)側，中大型長時儲能的液流電池將會展現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢。安全、環(huán)保、可靠的液流電池儲能系統(tǒng)不僅可以保障新型電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行，還將為虛擬電廠、微電網(wǎng)以及智能電網(wǎng)建設提供更大的應用空間。在發(fā)電側，隨著國家煤電節(jié)能降碳改造、靈活性改造、供熱改造三改聯(lián)動政策推行，適合于中大型長時儲能的液流儲能技術可在用電低谷時充電儲存電能，保證火力發(fā)電機組保持在安全可靠的運行區(qū)間進而保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定。同時，可使高參數(shù)大容量的機組運行在相對經(jīng)濟的運行區(qū)，避免火電機組因負荷過低造成的機組發(fā)電能耗增加，真正實現(xiàn)節(jié)能減排。中長時大型儲能在發(fā)電側的加入不僅可以解決火電機組供電與供熱的矛盾，還可以解決因大面積電網(wǎng)停電帶來的機組黑啟動等問題。因液流電池功率范圍涵蓋kW級到GW級，儲能時長涵蓋從秒級、分鐘級、小時級和更長的時間，液流電池還可滿足電網(wǎng)對火電機組的快速二次調頻到削峰填谷的寬時長、寬功率的需求。對保持電網(wǎng)相對穩(wěn)定，解決太陽能、風能等可再生能源發(fā)電的間歇性和波動性的問題具有無比的優(yōu)越性。在用戶側，在電網(wǎng)網(wǎng)架結構較薄弱的區(qū)域，