巨安储能孟锦涛总经理出席行碳中和能源院士高峰论坛：液流电池的应用未来非常广泛

蓝狮平台网讯：2023年9月10日，碳中和能源高峰论坛暨第三届中国国际新型储能技术及工程应用大会在深圳市南山区召开。巨安储能武汉科技有限责任公司受邀参加本次大会，并由总经理孟锦涛发表了题为《铁基液流储能技术及工程化应用》的主题报告。以下为报告实录。

  孟锦涛：大家下午好，我是巨安储能的孟锦涛，非常荣幸能与大家分享我们在铁基液流储能技术应用研究方面的成果。

  巨安储能总部位于武汉，具有华中科技大学的研究背景，旨在利用自主研发的铁基液流储能技术，打造适用于大规模储能的高安全、低成本系统解决方案。

  在储能技术方面，液流电池有多种类型，包括全钒、铁铬、锌基和铁基等。这些不同技术的区别，主要在于使用的活性材料。例如，全钒电池使用钒离子作为正负极的活性材料，而铁铬电池的正极是铁，负极是铬离子，锌铁电池的正极是铁，负极是锌。巨安储能采用铁基液流储能技术，正负极都使用铁离子，但与美国的铁液流电池不同，我们的负极不含固态铁。我们采用碱性水溶液体系，而不是传统的酸性铁基体系，有效了消除枝晶生成问题。

  与酸性沉积型铁基液流电池相比，巨安储能的技术具有显著的优势。首先，我们的电池没有枝晶生成，充放电过程完全处于水溶状态。其次，氢气析出几乎不发生，碱性体系能够大幅提高析氢的电位。第三，我们通过螯合物的设计将电位控制在1.3V或更高，这是可调的。

  螯合物的加入，显著提高了活性材料的反应速率，比传统铁离子提高了将近两个数量级。在80%能量效率下，我们可以实现高达150毫安每平方厘米的电流密度，而传统铁基电池只能达到20%到50%。这样既保留了铁基液流电池低成本材料的优势，同时也提高了性能。

  铁基螯合物的稳定性至关重要。在设计初期，我们使用了超稳定的配体分子，专门为铁基液流电池开发，正极和负极都采用铁螯合物材料。巨安储能铁螯合物的配体分子本身不参与氧化还原反应，而是由铁离子在充放电过程中失去或获取电子，不会产生固体产物。这种特异性设计确保在2000次循环中，几乎百分之百的SOC充放电下，容量保持率可以达到98%以上，剩余2%也几乎可以完全恢复。因此，巨安储能的产品循环寿命可达2万次以上。

  这个技术难题，事实上并不容易解决。早期，我们从传统配体分子如TEA和TiPA等入手，但它们的稳定性对于长时储能材料来说远远不够，与铁原子的结合能力较弱，导致了铁的沉积和析氢的副反应。因此，特异性的配体分子设计至关重要。

  从2016年开始，我们启动对铁基螯合物材料的开发，研发团队几乎全天候进行实验。我们开发了100多种螯合物分子，并使用FLMS分子模拟平台进行不断迭代的设计。同时，我们还研究了多种配体分子，不仅与铁配位，还研究了锰、钴、铬等金属原子的配位效果。由于铁是成本最低的元素之一，我们目前采用全铁基的螯合物化用于产业化应用。

  巨安储能不仅从事分子级材料的开发，还涵盖电解液的制备、配方工艺、大功率电堆的设计开发，以及整个系统集成和电池管理系统的开发。在这个过程中，我们也遇到了很多挑战，例如膜领域的电化学系统对关键材料的要求非常严格。我们的碱性体系，需要一种膜既能保持离子选择性，又能降低钠离子的膜电阻。从2021年开始，我们在保持80%能量效率的情况下，不断提高电流密度，从50毫安每平方厘米到100、150毫安/平方厘米，并计划明年推出200毫安/平方厘米的专用膜。

  我们的开发思路，包括转向钠和钾膜，不断调整膜和螯合物分子之间的相互作用关系，提高膜的透过性。此外，我们采用了自分层的超聚创新系统，使正极和负极的溶液完全不混合，从而降低了对膜的要求。

  在双极板方面，我们在流道的开发上进行优化，并已开始大规模批量生产。由于我们的碱性体系对金属双极板或金属材料非常友好，所以金属双极板的制备也更加便利。

  在电池管理系统方面，我们推出了SOC管理系统，采用一堆一优化和单电池监测的方法。这一方法借鉴了燃料电池和锂电池领域的经验，在大量的电堆应用中，对每个电堆的监测以及每个电堆内单电池的监测都至关重要。通过相应模块，我们实现了这些功能。

  目前，巨安储能已经实现了从产品端到电解液、电堆系统和电池管理系统的全面覆盖，还构建了完整的知识产权体系，并获得包括美国在内的的一系列专利授权。

  液流电池未来的应用非常广泛，但成本是其关键因素。因此，我们不断探索铁基液流储能在各个领域的低成本应用。去年，我们成功开发了百千瓦级的工商业侧储能系统，并于去年12月开始并网运行，表现出了稳定可靠的性能。

  此外，巨安储能还逐步开发了250千瓦、1.25兆瓦级的模块化储能系统，以支持大规模储能。我们相信：标准化的模块化设计是实现大规模储能的最佳方式，通过串联和并联的方式不断扩展。

  目前，巨安储能已接到50兆瓦和百兆瓦级系统项目，正积极设计和扩展到大规模应用。我们采用了模块化布局，包括平铺式和上下堆叠式架构，以满足不同项目的需求。

  今年，巨安储能入选了国家首台套重大技术装备领域的两个项目，并得到了湖北省示范项目的支持。我们将与中广核、中电建和湖北省新能源公司合作，陆续开展总计大约600兆瓦的项目，这是一个庞大的体量，需要整个产业链的支持。我们会不断扩展生产能力，满足产品交付的需求。

  最后，我想诚挚地发出邀请：巨安储能在离子交换膜、碳毡双极板、低功耗泵、PCS储能逆变器、热管理系统及装备领域，希望能与各位合作伙伴深入合作，一起生产出更高质量、更稳定可靠、性能更出色的产品！

【责任编辑:孟瑾】