科學通報 | 材料創(chuàng)新破瓶頸：液流電池支撐長時儲能新發(fā)展

液流電池以其高安全、長壽命、靈活可調的獨特優(yōu)勢，在大規(guī)模長時儲能賽道展現出廣闊前景。在“雙碳”目標指引下，液流電池技術正迎來關鍵突破期。本文綜述了液流電池主流技術路線，聚焦關鍵材料瓶頸與前沿突破，分析未來發(fā)展方向，為液流電池的持續(xù)進步提供重要參考。

憑借其技術特性優(yōu)勢，液流電池正從實驗研發(fā)階段步入產業(yè)化進程。國家層面將其明確列為新型儲能核心技術路線。《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》等重磅政策為其發(fā)展提供強力支撐。《2024中國液流電池產業(yè)發(fā)展白皮書》預測，2030年我國液流電池儲能累計裝機量將達2.6 GW/10.5 GWh，市場前景廣闊。

技術路線百花齊放，材料創(chuàng)新突破不斷

液流電池技術路線呈多元化發(fā)展，包括鐵鉻、全釩、全鐵、鋅基（如鋅溴、鋅鐵）和水系有機等體系。其中，全釩體系最成熟，全鐵、水系有機等新型低成本體系發(fā)展迅猛。然而，系統成本高仍是液流電池產業(yè)化的主要瓶頸，液流電池降本增效的核心在于關鍵材料的創(chuàng)新：

圖 1 液流電池儲能技術關鍵材料

1、 電堆（功率模塊）：

液流電池隔膜作為核心組件，需同時實現離子選擇性傳導與活性物質阻隔功能，主要分為三類：離子交換膜依靠固定電荷基團傳導離子，傳統全氟磺酸膜穩(wěn)定性好但離子選擇性差且價格高昂，非氟膜則顯著降低成本并已在千瓦級電堆中驗證高效率和長時穩(wěn)定性。多孔膜依托多孔通道傳導與篩分，通過調控孔道提升性能，根據孔道形成方式分為固有孔隙和后形成多孔膜。規(guī)整孔道膜（如沸石、MOFs、COFs）利用均一孔徑實現精準高效篩分，例如，二維MFI型分子篩膜可實現離子傳導性與選擇性的協同提升，進而顯著優(yōu)化液流電池性能。

圖 2 液流電池隔膜分類

電極作為電化學反應場所，主流石墨氈存在親水性和活性不足問題。研究通過表面造孔、引入活性官能團、負載催化劑及設計梯度結構電極等手段提升性能。輕質化、超薄化是未來發(fā)展趨勢。

雙極板收集傳導電子，同時還起到支撐電極和供給電解液的作用。優(yōu)化流場設計（如死區(qū)補償流場、多級分配流道）能極大改善電解液分布均勻性并降低流阻，提升電堆效率和功率密度。

2、電解液（容量模塊）

電解液改性的核心目標是開發(fā)兼具高濃度、高穩(wěn)定性和低成本的電解液體系。全溶解型體系中，全釩較為成熟但受釩資源限制，研究聚焦提升濃度和穩(wěn)定性。新型低成本無機體系如全溶型全鐵電池和硫基電池等發(fā)展迅速，展現應用潛力。水系有機體系通過分子設計調控電位，提升溶解度，實現多電子反應和增強穩(wěn)定性，體系能量密度和循環(huán)壽命不斷提升。針對鋅基、酸性全鐵等沉積-溶解型電池，還需通過電解液添加劑等策略抑制負極枝晶生長，促進金屬均勻沉積。

未來展望：

在液流電池的未來發(fā)展中，材料創(chuàng)新仍是核心驅動力：開發(fā)兼具高選擇性、傳導性、穩(wěn)定性的隔膜，高活性、低電阻的電極，高導電、高強度、低成本的雙極板，并探索基于鐵/鋅/ 錳等高豐度元素或有機分子的低成本、高穩(wěn)定、高能量密度的新型電解液體系。人工智能將加速材料研發(fā)。系統層面，通過應用智能控制、流體動力學優(yōu)化和模塊化設計提升系統運行效率和部署靈活性。隨著政策支持、產業(yè)鏈協同與規(guī)模化生產推進成本下降，液流電池將在電源側、電網側及用戶側等多場景發(fā)揮重要作用，為構建新型能源體系、實現“雙碳”目標提供關鍵的長時儲能支撐。

文章信息

丁靜怡, 吳玉淋, 王一興, 韋杰, 侯曉璇, 黃康*, 徐至*. “雙碳”目標下液流電池技術進展與展望. 科學通報, 2026, 71: 339–354,

doi: 10.1360/CSB-2025-0500

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