专访四川天府储能科技有限公司首席科学家曾义凯 超高功率128kW钒电池电堆问世的背后

8月27日，四川天府储能科技有限公司（以下简称“天府储能”）正式推出新一代超高功率128kW钒电池电堆产品，在业内引发广泛关注。

天府储能首席科学家曾义凯在接受专访时指出，超高功率电堆的推出，能有效提升生产效率，简化系统集成，推动钒电池系统进一步降本。

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驱动钒电池系统集成降本3~4成

128kW是什么概念？在此之前，我国各大厂商推出的钒电池电堆产品的最大功率不超过70kW，128kW显然是一个量级的跨越。

在采访中，曾义凯多次强调，“超高功率电堆推出的核心目的就是为了降低成本。”

国际可再生能源机构IRENA数据显示，钒电池的成本主要分为电堆、电解液与周边设备成本三大块。电堆和电解液是主要成本，合计占比达到75%左右，其他构件成本占比25%左右；其中，电解液成本约占40%，电堆成本约占35%。

提高电堆功率和功率密度是推动电堆成本下降的主要路径。128kW电堆的问世，不仅使整体系统功率进一步提升，更是功率密度的又一高峰，240mWcm-²功率密度较之前提高了近30%。

相较于传统低功率电堆，128kW电堆在实际项目应用中，所需电堆数量远少于传统电堆，一个1MW的系统，采用32kW电堆需要32台，采用128kW电堆仅需要8台。

这不仅能使整个项目在实际运行中变得简洁，更使每个标准模块的管道连接、电缆连接、仪器仪表、传感器布置、乃至集装箱的尺寸等多方面得以缩减。同时对系统集成用料的管道、阀门、传感器、钢架结构、电缆等的需求量亦显著降低。

其次，功率密度的大幅度提高，使得所用电极的数量也随之减少，与电极配套搭配的隔膜、双极板等核心材料用量也相对减少，大大降低了材料成本。

曾义凯表示，“采用128kW电堆，电堆本身每个千瓦的成本可降低2~3成，钒电池储能系统的集成成本可降低3~4成。”

相较于传统的中、低功率等级电堆，超高功率电堆可显著降低钒电池的成本，解决钒电池初装成本高这一行业痛点，助力钒电池规模化应用。

曾义凯补充称，“随着集装箱尺寸、管道连接等的缩减，将电堆放入集装箱进一步连接管道等步骤所耗费的人工用时也会有所减少，人工成本也将随之降低，总成本仍有下降空间。”

突破超高功率电堆的技术难关

做大电堆功率的优点显而易见，但困难也可想而知。

为此，天府储能自主研发了高性能电极活化处理、一体化全焊接封装、结构及流道设计等创新技术。

▌高性能电极

谈及高性能电极，曾义凯将功劳归功于他的团队。曾义凯及其研发团队以香港科技大学为基底，受教于中科院院士赵天寿，拥有近十年液流电池的基础研究积淀。

开发高性能钒电池电极，一方面要有较好的催化活性，另一方面还要具备能抗酸、抗高电压、抗流体冲刷等的高稳定性。高性能电极也是开发高功率电堆的核心技术。

目前，天府储能已经可以实现高性能电极的批量化生产。但曾义凯在采访中未予透露其高性能电极的详细技术信息。

▌一体化全焊接封装

“密封”问题一直是阻碍钒电池电堆做大的一大障碍，“电堆做大后不易密封，内部零部件稍有不慎就会发生挤压形变，甚至造成失效。”

曾义凯团队采用的全新一体化全焊接密封技术，不仅对大功率、大尺寸电堆也能实现良好的密封，同时对密封成本也具有一定的可控性。

▌结构及流道设计

曾义凯一直从事电化学与热质传递耦合特性的研究。

曾义凯团队创新升级的结构及流道设计，能使密封条件下的大尺寸电堆的每一片电极都能够均匀分配到钒电解液，基本解决了分配均匀性问题。为大功率大尺寸电堆的落地提供了较好的支撑。

但任何事物都有两面性，超高功率电堆在实际应用中也会遇到各种各样的问题。

有业内人士对其散热能力表示质疑，“电堆越大，在热管理方面的难度也随之增大。”

对此，曾义凯回应道，“钒电池运行有一定的温度上限，超过上限温度，正极电解液内的五价钒离子会析出，确实需要做好热管理。”

对于大功率电堆，针对这一问题，曾义凯团队从电解液本身和系统管道两方面入手，综合应对。

其独特的电解液配方让电解液的耐温上限由40℃提高到了50℃，电堆发热功率增大，对五价钒离子的稳定性也不会产生大的影响。

同时，在系统管道内加装冷却器也能够有效解决电解液流过电堆温度上升的问题，即使流出电堆温度上升，也能够控制在电解液的温度上限范围之内。

重视钒电池产品力的提高

谈及超高功率电堆的市场推广，曾义凯表示，好东西自然会有人来关注、来采购。

早在该电堆产品正式发布前的6月份，天府储能就与河北建投完成了全钒液流电池2MW/8MWh储能项目技术合同的签约，该项目拟采用128kW超高功率电堆，助力承德围场钒液流电池MW级模组GW规模全产业链生产线技术项目落地。

尽管钒电池市场今年以来的热度显著增加，已处于规模化发展的前夜。但钒电池的技术和市场化发展，仍有不少核心问题亟待解决。128kW超高功率电堆的推出，将有助于钒电池市场的发展。

曾义凯认为，虽然钒电池已经发展了很多年，但当下社会各界对钒电池的了解还不够，钒电池自身寿命长、本征安全的核心优势还未能得到充分的发挥。

对此，曾义凯建议，“面向公众的宣传普及和推广很重要。不仅仅是媒体的宣传，还要有示范项目的落地。推动示范项目的落地，是在实践中解决钒电池的产品技术、性能表现等问题的重要途径。”

曾义凯总结道，“归根结底，还是要让钒电池的产品力提高、性能提高、可靠性提高、成本下降，同时还能不受制约的批量化生产，产品力的提高才能使得钒电池具有从各种储能技术中脱颖而出，成为大规模储能优选技术的核心优势和竞争力。”

曾义凯所说的产品力，是指钒电池应用中的关键性指标，如效率、功率、价格、长期运行可靠性、占地面积等，这些都是产品力提高需要重视的地方。

曾义凯，博士，西南交通大学特聘研究员（固定教职），博士生导师，先进储能技术实验室负责人，天府储能首席科学家。师从能源领域著名专家、中科院院士、香港科大讲席教授赵天寿教授，长期专注于大规模储能领域的研究。