能源俯拾皆是，能源供应却依然告急。广袤的西北地区蕴含大量“风”“光”等可再生能源，然而这些能源与处于用能中心的城市往往距离过远。当前，能源的远距离输送看似是解决矛盾的最佳选择。
长久以来，输电线路和电站充当着能源“搬运工”，但总有难以跨越的沟沟坎坎，为了实现更灵活的电力供给，科研人员希望在能源收集和利用之间架起一座桥梁，创新储能方式。
与传统电池不同，液流电池将液体电解质存储在外部，储能介质为水溶液，无着火爆炸风险，安全性高、寿命长，还可按需组合，实现功率与容量的自主调控，在电力系统储能领域具有广阔的应用前景。
从电池内部突破
电池看似是一个黑匣子，实际内部有着复杂的结构，主要由隔膜、双极板、电极等关键材料和核心部件构成。提高储能电池性能需兼顾局部和整体，研发过程需考虑多种因素的相互作用和影响。
膜材料主要起着阻隔正负极，传输离子的作用。“膜的离子传导性越高，质子通过的速度越快，但离子选择性会随之变差，导致膜两侧的离子互相‘穿梭’，增加电池副反应，影响电池性能。”大连化物所高级工程师史丁秦说，因此，如何平衡膜的离子传导性和离子选择性，开发出两者兼具的新型隔膜材料，是科研人员要解决的关键技术问题。
为了阻止离子从膜的一侧穿梭到另一侧，研究人员致力于膜离子传输机理的研究，通过切断离子在隔膜内的传输通路，提高膜离子选择性，但此法依然无法完全解决两者的平衡问题。
微观世界复杂多变，调控困难，研究了相当一段时间均未能取得突破，但对于“能否走得通这条路”，团队从未动摇。
双极板是电池的又一关键材料，起到将每节单电池串联成电堆与集流的作用。与膜材料类似，双极板材料也面临“双高”矛盾。研发具有导电性、韧性双高的新型双极板材料是研发的主要攻关目标。
近年来，团队着眼于双极板材料的创新和结构设计，将多尺度及多维度的碳粉颗粒融于聚合物增韧网络中，成功构建出更发达的导电网络。
为此，团队在规模放大和批量化生产工艺上不断探索尝试，最终开发出新型高导电、高韧性、可焊接的碳塑复合双极板，并实现批量化生产。
给功率算笔账
电堆好不好关键看放电功率和效率，高效率能保证相同储电量下，放出来的电量更多。但所有电池充放电过程中都存在损耗。
在成功开发出性能优异的隔膜和双极板材料后，接下来便是使尽浑身解数，优化电堆结构和工艺，力求将损耗降到最低，让功率提升到更大。
功率由电流和电压决定。理论上，电压不变，增加电流，功率就会增大，但所有电池都存在极化问题。大连化物所副研究员邢枫介绍，“极化”的存在使得电池功率提升的同时其效率反而下降。因此，科研人员渴望在增加电流、提升功率的同时，电堆能够始终处于高效率运行状态。
在实际工作中，电池极化不会等于零，只能通过技术改进使其不断降低。
电堆之于电池系统就像心脏之于人体，功能重要、结构复杂、调试优化工作繁琐，牵一发动全身。往往这个指标提高了，其它指标却低了，追求指标全面提升简直难于登天。
产业化推进如火如荼。团队利用激光焊接技术实现了多孔离子传导膜与电极框的直接密封，摆脱了电堆内部部件之间对密封垫的依赖，提高了电堆的可靠性和装配水平。
服务新型电力系统建设
电解液是电池运转的“血液”，钒离子是团队十分看好的电解液类型。这种离子有四种价态，不同价态钒离子之间可进行可逆的转化，完成充电、放电、再充电的循环。同时，由钒离子构成水系全钒液流电池，可以大大降低着火、爆炸等风险，安全性极高。
研究发现，全钒液流电池可以自由组合成电池组，电池组输出功率可达数百兆瓦，储能容量达数百兆瓦时，相当于能存放10万度电。
在产业化过程中，团队发现，企业具有强烈的研发需要。为此，团队拓展合作维度，在企业成立实验室，搭建联合研发平台，“市场需要从一开始就长在科研的培养皿上。” 大连融科副总经理王晓丽说。
产业发展，标准先行。团队还牵头制定了包括首项液流电池国际标准在内的20余项标准，提高了我国液流电池技术在国际上的话语权。
用锌基液流电池解决用户侧需求是团队的又一产业化方向。锌储量大、成本低、电位低、能量密度高，但锌基液流电池在长循环过程中，电解液中的反应物离子更容易扩散至电极表面的凸起处，形成锌枝晶，锌枝晶的不断生长会刺破隔膜，最终导致电池短路失效。
因此，锌基液流电池必须解决锌枝晶形成和生长的问题，才能实现真正的应用。经过多年攻关，团队研发出新型电极材料，实现了对锌沉积形貌的有效调控，很好地解决了锌枝晶的形成和生长问题，让锌基液流电池向大规模应用更进一步。
碳达峰、碳中和目标对现有电力系统提出更大挑战，发展大规模储能技术、让新能源产生的电力耦合现有电力系统，将会使电力传输更高效，电力更加触手可及，从而助力以新能源为主体的新型电力系统构建。
