1.

什么是铁-铬液流电池？

不同于锂电池，液流电池的工作原理是以化学能储存电能。电池充电时，电能被转化成化学能后存储在储液罐的电解液中；电池放电时，电解液中的化学能被转化为电能。


（液流电池结构示意图）
液流电池有三种常见的技术路线：

1.全钒液流电池，电解液为不同价态钒离子的硫酸溶液；

2.锌-溴液流电池。（由于锌溴电池循环寿命短、电池效率低，以及溴化锌电解液中溴的金属腐蚀性，目前可能面临被淘汰的局面，暂且不提。）

3.铁-铬液流电池，电解液为不同价态铁离子和铬离子的盐酸溶液。



铁铬液流电池示意图（中国知网）
虽然铁-铬液流电池名不见经传，但其实早在上个世纪70年代的时候，NASA（美国航空航天局）就研发出了铁-铬液流电池技术。80年代日本便成功制造了10kW和60kW的原型系统。但由是，由于铬离子活性低、电池容量衰减快等一系列技术问题的阻碍，铁-铬液流电池产业化的进程被一拖再拖，这一技术一度消失在大众的视线中。

2017年，中国国家电投集团中央研究院开始布局储能产业，进军铁-铬液流电池技术研发领域。研究院与科研机构、高校持续合作，研发出第一代具有自主知识产权的铁-铬液流电池储能产品——“容和一号”，并在2020年底，成功应用在河北张家口战石沟250kW/1.5MWh示范项目上，目前“容和一号”已稳定运行了近600天。

2022年初，“容和一号”被应用在北京冬季奥运会电力保障上，终于让铁-铬液流电池作为储能技术再次回到公众的视野。



2

“新手为何能挑大梁”？

那么问题来了，为什么冬奥会如此重大的活动，电力保障上没有选择技术更加成熟的锂电池，而是让铁-铬液流电池这一新手挑大梁呢？

先来看一组很"酷"的数据：

1.根据测算，每投运1GW的铁-铬液流电池，每年就可以增加风光发电上网电量1980GWH，直接减少碳排放量约196万吨，这相当于是替代掉了标准燃煤75万吨。在2022年的冬奥会期间，铁-铬液流电池就提供了超过50000千瓦时的清洁电力，外国人看了都直呼不可思议。

2.众所周知，低温是电化学储能电池的克星，在低温下电池能量下降很快。铁-铬液流电池在没有保温的措施下，管道内温度适应范围可以从-20℃至70℃，适应地域广泛。例如，国家电投“容和一号”大容量电池堆在冬奥期间就扛住了-40℃的极寒考验！

3.在寿命方面，铁-铬液流电池是业界公认的目前储能时间最长的电化学储能技术。通常锂电池的循环寿命是4000-5000次左右，而铁-铬液流电池的循环使用寿命最低也可达到10000次，是锂电池寿命的2倍！并且其整体使用寿命可以达到20年甚至更长。
从以上这些数据可以看出，铁-铬液流电池的部分性能已经明显优于锂电池储能！不仅如此，铁-铬液流电池还有着其他不少明显且独特的技术优势：
成本低
众所周知，对于电化学电池大规模储能而言，低成本是首要的考虑因素。在这一方面，铁-铬液流电池也具有很大的优势。
铁-铬液流电池的电解质溶液原材料主要为铁和铬资源。最新的探测数据显示，全球范围内的铬储量约为6.85亿吨，钒储量约2200万吨，锂储量仅有4846万吨左右。在价格方面，目前，铬铁矿石的价格约0.2-0.25万元/吨，五氧化二钒的价格约12-14万元/吨，电池级碳酸锂的约为50万元/吨。
因此，从关键原材料的储量和价格来看，铁-铬液流电池更易获取，成本更低，这也是为什么它能那么快在我国落地的原因。此外铁-铬液流电池的电解液还可以循环利用，进一步降低了使用成本。

安全性高
由于铁-铬液流电池的电解质溶液采用水性溶液，电池堆与储液罐分离，没有爆炸风险，安全性高。同时废旧电池也很容易处理。电解质的溶液可以永久循环利用，非常环保。



当然，铁-铬液流电池也有着不可忽视的缺点，目前主要体现在能量密度低和转换率不高两个方面。
铁-铬液流电池的能量密度理论上最高也只能做到20Wh/L，而市面上的锂电池能量密度基本都已经可以达到400Wh/L，两者相差甚远。正因如此，铁铬液流电池的体积要比其他电池大很多。

从能量转换率的角度来看，目前新能源车辆上的动力电池能量转换率都能达到80%以上，而铁-铬液流电池的能量转换率远低于80%，还有很大的进步空间。

3

长时储能

当前，光伏、风电等清洁能源的占比在快速提升，长时储能的概念应运而生。
长时储能简单来说就是指可以实现持续长达高于4小时或者数天、数月的充放电循环的储能系统。

在新能源占比达到15-20%之后，4小时以上的长时储能需求成为刚需。目前在我国西北等风光电占比高的地方，4小时已经成为“实打实”的需求。从2021年开始，很多地方政府都开始有硬性要求，风光电站必须要配置10%-20%的储能设施，并且供电时长要在4小时以上。美国在加州等光伏占比高的地区，已经在上6-8小时的储能，来进行调峰。

另外就是电网侧的大型共享储能电站或者调峰电站，储能时长的要求也更高。

目前，能够实现长时、大容量储能的主要有3个方向：抽水蓄能、空气压缩、液流电池。而液流电池是唯一比较适合大规模发展的技术，这其中铁铬液流电池又是最有潜力的技术路线之一。

4

产业化和市场化进程加快


当前，铁-铬液流电池储能的产业链正在逐步完善。

在上游原材料方面，全球铬盐龙头振华股份，是业内较早布局铁铬液流电池的铬盐企业。2022年8月。振华股份年产6000吨三氯化铬生产线建成投产，所产的三氯化铬为铁铬液流储能电池负极电解质溶液的主要原材料。



在量产方面，2022年1月，“容和一号”铁-铬液流电池堆量产线已正式投产，每条产线每年可生产5000台30kW“容和一号”电池堆，标志着铁-铬液流电池储能技术从实验室迈入商业应用阶段。

同年，国家电投集团在内蒙古霍林河，启动了首个全球兆瓦级铁铬液流电池储能示范项目建设，项目投产后将再次刷新全球铁-铬液流电池储能系统最大实证容量纪录。
在市场化方面，长时储能系统集成提供商液流储能科技，目前已有成熟的液流储能电堆和电解液产品对外销售，并于2022年11月成功中标华电长时储能电站1MW/6MWh铁铬液流储能系统设备采购。

2022年以来，在“双碳”目标促进下，我国铁铬液流电池储能产业化进程加快，多个储能项目相继启动：



据广发证券预测，2022年全球铁铬液流电池出货量为0.42GW，到2025年，这一数字将增加到12.01GW。

5

结语

虽然从整体来看，铁铬液流电池产业还处于起步阶段，尚未迎来商业化的大型项目，相关企业也还在不断摸索中成长。但随着技术的成熟和产业链的完善，以及更多项目的落地，铁铬液流电池产业将形成更清晰的发展路线，在全球新能源爆发的时代，成长为储能界的一匹黑马！