团队负责人：范豪

依托单位：西安交通大学

所在学院：材料科学与工程学院

一、项目简介

近年来，我国储能技术也获得了巨大的突破。锂离子电池、铅炭电池、液流电池、钠硫电池、超临界压缩空气储能、超级电容等储能技术的成本已经有了大幅降低。在众多储能技术中，液流电池具有容量大、成本低的优势，能够建成10万千瓦级以上、经济可靠的储能电站，为提高电网调度控制灵活性、大规模发展新能源提供重要支撑。在大型能源基地、中枢变电站、负荷中心、电网末端等地区建设投运储能电站，能够提供调峰、调频、调压等多种辅助服务，在保持发用电平衡、缓解电网局部阻塞、应对电网紧急事故等方面发挥重要作用。在新能源发电基地配置大容量液流储能系统，能够有效平抑新能源发电出力波动，灵活跟踪发电计划曲线，促进新能源发电成为主力电源。

水系有机液流电池（AORFBs）是一种将具有氧化还原活性的有机分子溶解在水溶液中，通过有机电对可逆氧化还原行为实现电能储存/释放的新型储能技术。有机氧化还原电对反应活性高（一般比无机氧化还原电对高2~3个数量级）且溶解度、可调性好和分子尺寸设计性强，在能量密度、功率密度和循环寿命等方面与其它储能技术比，优势明显；有机氧化还原分子对电极要求低，基本不需要使用催化活性材料，且易设计与离子交换膜具有高兼容性；此外，有机氧化还原分子环境友好、原料丰富且制备较容易，可以低成本生产，适于大规模应用。

二、产品性能优势

1.高能量密度（>60WhL^-1）和长寿命（>5000次循环）：目前液流电池体系受无机电化学物质溶解度有限、可逆电位固定的限制，能量密度普遍较低（<50WhL^-1）。基于有机活性环状氮氧自由基和紫精衍生物分子的设计工程能够大幅调变其水溶性（溶解度>2.0molL^-1）、氧化还原电位（开路电压OCV＞1.1V）和化学稳定性等，可有效地将AORFBs的能量密度提升至60WhL^-1以上、使用寿命达到5000次循环以上。

2.低成本：当前无机全钒、锌溴液流电池体系综合储能成本约在2500-4000元kWh，储能成本较高，而以环状氮氧自由基和紫精衍生物为电解质的水系全有机中性介质体系可采用低成本的阴离子交换膜替代昂贵的阳离子交换膜，且对电解液、电极要求极低，与之配套的系统部件（储液罐、流道等）成本进一步降低，有望将其储能成本降至1500元kWh以下。

3.安全环保：环状氮氧自由基和紫精衍生物类氧化还原分子制备原料组成元素主要是C、H、O、N等，来源丰富且合成方法简单高效；水系中性氯化钾/氯化钠介质的使用更能避免酸、碱性电解液对环境负荷大和存在安全隐患的问题，非常适合发展低成本、规模化液流电池储能技术。

三、市场前景及应用

截至2020年底，风电、太阳能发电累计装机总容量超过5.3亿千瓦。国家能源局已发布2021年新增风电、太阳能发电1.2亿千瓦的目标，如果按照新能源装机的5%来配置储能，那么2021年新能源侧储能规模将新增6GW。按照2030年风电、太阳能发电总装机12亿千瓦以上的目标，预计未来10年，风电、太阳能发电合计年均至少需新增规模6700万千瓦以上。若仍按5%的配置储能比测算，2030年风光新能源将新增配套储能34 GW以上，仅国内在储能领域可产生近万亿的市场产值。

目前来看，液流电池储能技术仍处于产业化的初始布局阶段。全钒、锌溴液流电池技术进入应用示范、工程应用阶段，水系有机液流电池技术已在欧洲、美国、日本等发达国家得到积极布局和推进，我国也列入2035发展规划，以应用为导向，积极推进“产学研”融合。此外，还能以自身特有的优势为军事装置、海陆运输提供动力。在军事上，战备品因该技术增长的使用时间而无需准备。同样，燃料用量也因其优越的运输效能而急剧减少，跑完相同路程时加油次数急剧减少，或在偏远的地区的活动时间更长。在这种情况下，战地所需的车辆、人员及装备的数量急剧减少。水系有机液流电池储能技术还可以为深海探索的船只和无人潜艇提供动力等。

四、技术成熟度

□概念验证 □原理样机 □工程样机 √中试 □产业化

五、合作方式

□联合研发 □技术入股 □转让 □授权（许可） √面议