续航2000公里、加注如加油，液流电池能否颠覆电动汽车？

续航2000公里、加注如加油，液流电池能否颠覆电动汽车？

随着电动汽车的普及，续航里程和充电便利性成为车主最为关注的问题。在这一背景下，一种新型电池技术——液流电池，正逐渐走进人们的视野，展现出解决这些痛点的巨大潜力。

液流电池，也称为氧化还原液流电池，是一种独特的电化学储能系统。其工作原理基于正负极电解液中的活性物质发生可逆的氧化还原反应，实现电能与化学能之间的相互转换。

液流电池主要由电堆单元、电解液、电解液存储供给单元以及管理控制单元等部分组成。电解液是液流电池中的关键物质，它们通常分别存储在正负极的外部储罐中，通过泵和管路输送到电堆单元内进行反应。正负极电解液被物理隔离，各自循环，互不干扰。

液流电池最显著的特点是它的能量密度和功率密度可以独立设计。能量密度主要取决于电解液中活性物质的浓度和体积，而功率密度则与电极材料、电解质流动性和电池设计相关。这使得液流电池可以灵活配置以满足不同的储能需求。

液流电池系统的容量可以通过简单地增加电解液的体积和/或增加电池堆的数量来扩展。这种可扩展性使得液流电池特别适用于大规模储能应用，如电网储能、可再生能源整合等。

由于液流电池中的活性物质是溶解在电解液中的，而不是像传统电池那样嵌入在电极材料中，因此可以避免因电极材料老化或结构变化导致的性能衰减。此外，液流电池在充放电过程中没有固态物质的体积变化，这也有助于延长其使用寿命。

液流电池通常采用非易燃的电解质，如水系电解质或有机电解质，这大大降低了电池的安全风险。此外，液流电池的电解液可以储存在电池堆外部，减少了因泄漏导致的安全隐患。

液流电池的充电和放电速度可以通过调整电解液的流动速度和电池堆的设计来优化。这使得液流电池在需要快速响应的场合（如电网调峰）中具有优势。

液流电池使用的电解质和活性物质通常可以回收再利用，降低了环境污染的风险。此外，液流电池在充放电过程中不产生有害气体排放，符合环保要求。液流电池的维护成本相对较低，因为它们的活性物质是溶解在电解液中的，不需要像传统电池那样更换整个电极组件。只需定期更换或补充电解液即可维持电池性能。

与目前主流的锂离子电池相比，液流电池在多个方面展现出优势：

1. 安全性：液流电池采用非易燃电解质，安全性更高。而锂离子电池在过充或短路时有起火风险。

2. 寿命：液流电池的活性物质在电解液中循环使用，理论上可以实现无限次充放电。而锂离子电池的电极材料会随时间退化，寿命有限。

3. 温度适应性：液流电池在极端温度下仍能保持良好性能，而锂离子电池在低温下性能会显著下降。

4. 扩展性：液流电池的功率和容量可以独立设计，便于大规模应用。而锂离子电池的扩展性较差。

然而，液流电池也存在一些不足，如能量密度较低，体积和重量较大，这在一定程度上限制了其在便携式设备中的应用。

液流电池在电动汽车领域的应用前景广阔。瑞士nanoFlowcell公司早在2019年就推出了搭载液流电池的QUANTiNO电动汽车。在接近35万公里的行驶里程中，该车累计驾驶时间超过10000小时，液流电池组件展现出极高的稳定性，几乎未出现性能退化迹象。

2022年12月，nanoFlowcell发布了QUANTiNO新款车型。据称该车单次“加油”可续航2000公里，其液体电池储存在汽车后备厢的独立储罐中，后经优化储罐得以紧凑地融入电动汽车车身中。

QUANTiNO使用的“油”是一种名为bi-ION的特殊液体，其“加油”方式与传统燃油车相似。据介绍，bi-ION是将特制纯净水与金属和非金属盐混合制成的电解质溶液。在这种“盐水”中，还添加了一种专门设计的能量载体的秘密分子。bi-ION的功率密度与现代锂离子电池相当，但其能量密度每千克高达600瓦时，是锂离子电池的5倍。行驶过程中，电解质储罐释放的是雾化后的水蒸气。

尽管液流电池展现出诸多优势，但其商业化仍面临一些挑战：

1. 成本问题：虽然液流电池的原材料成本较低，但目前整体系统成本仍高于锂离子电池。

2. 能量密度：与锂离子电池相比，液流电池的能量密度较低，这意味着需要更大的体积来储存相同能量。

3. 基础设施：液流电池的加注和回收系统需要新的基础设施支持。

不过，随着技术进步和规模效应的显现，这些问题有望逐步得到解决。中国科学院金属研究所的研究团队在新型低成本铁基液流电池储能技术研究领域取得新进展，为液流电池的商业化应用奠定了基础。

液流电池作为一项具有革命性潜力的储能技术，其在电动汽车领域的应用前景令人期待。随着技术的不断进步和商业化进程的加速，液流电池有望为电动汽车带来更长的续航里程、更快的加注速度和更高的安全性，从而推动新能源汽车产业的进一步发展。

同时，液流电池在大规模储能领域的应用也将为可再生能源的普及提供重要支撑，助力全球能源转型和碳中和目标的实现。