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在“雙碳”目標(biāo)加速落地的背景下，全釩液流電池（VRFB）憑借安全性高、循環(huán)壽命長、容量可靈活擴展等優(yōu)勢，成為大規(guī)模儲能領(lǐng)域的熱門選擇。然而，其長期運行中電解液失衡導(dǎo)致的容量衰減和效率下降問題，一直是制約商業(yè)化進程的關(guān)鍵瓶頸。
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近期，揚州大學(xué)鄒文江團隊聯(lián)合韓國國立全南大學(xué)Seunghun Jung教授，在《Applied Energy》發(fā)表的最新研究中，開發(fā)出一種“不對稱自動再平衡技術(shù)（AAR）”，為這一難題提供了突破性解決方案。
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全釩液流電池通過正負極電解液中釩離子的價態(tài)變化（V2+、V3+、V?+、V?+）實現(xiàn)能量存儲與釋放，但長期充放電過程中，釩離子、質(zhì)子和水分子的不對稱跨膜遷移會導(dǎo)致電解液在兩極儲罐中分布失衡——一極體積膨脹、另一極濃度稀釋，最終引發(fā)容量衰減和能量效率降低。
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傳統(tǒng)解決方案如定期人工混合電解液、加裝電解再生裝置或流量控制設(shè)備，雖能部分緩解問題，卻面臨操作復(fù)雜、能耗增加、硬件成本高等弊端，難以滿足規(guī)模化儲能對經(jīng)濟性和可靠性的要求。
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鄒文江團隊提出的AAR技術(shù)，創(chuàng)新性地通過優(yōu)化電解液流動機制實現(xiàn)“自動糾偏”。該技術(shù)在放電階段激活液壓分流管，利用離子遷移的不對稱性驅(qū)動電解液在兩極間動態(tài)平衡，而充電階段則關(guān)閉分流管以避免自放電損耗。這種“放電時平衡、充電時隔離”的策略，無需額外能源輸入，僅通過管路系統(tǒng)的微小改造，即可實現(xiàn)電解液體積和濃度的長期穩(wěn)定。
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研究團隊通過對比實驗驗證了AAR技術(shù)的有效性：在100次連續(xù)充放電循環(huán)中，采用AAR的VRFB表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢——放電容量穩(wěn)定在1.54 Ah，容量保持率達84.66%，較無再平衡系統(tǒng)（NR，82.77%）和傳統(tǒng)自動再平衡系統(tǒng)（AR，82.98%）分別提升1.89%和1.68%；電解液體積波動幅度小于2%，幾乎可忽略不計，而 NR 系統(tǒng)兩極體積差隨循環(huán)次數(shù)增加顯著擴大。
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從性能參數(shù)看，AAR系統(tǒng)的能量效率（EE）達到行業(yè)領(lǐng)先水平，電壓效率（VE）因濃度差減小而提升，庫侖效率（CE）雖因分流管存在輕微自放電略有下降，但綜合能效優(yōu)勢突出。
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這項技術(shù)的突破不僅停留在實驗室層面。其核心價值在于通過“無間斷自平衡”機制，解決了傳統(tǒng)方案中頻繁停機、能耗浪費和維護成本高的痛點。對于需要長期穩(wěn)定運行的大型儲能系統(tǒng)而言，AAR 技術(shù)無需額外硬件投入，僅通過流程優(yōu)化即可實現(xiàn)效率提升，顯著降低全生命周期成本。
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此外，電解液顏色（反映離子價態(tài)分布）在循環(huán)中保持均勻，證明其從根本上抑制了離子失衡導(dǎo)致的性能退化，為電池長期可靠運行提供了保障。
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隨著全球可再生能源裝機量的快速增長，電網(wǎng)調(diào)峰、分布式儲能等場景對長壽命儲能技術(shù)的需求愈發(fā)迫切。全釩液流電池若能突破效率和穩(wěn)定性瓶頸，將在風(fēng)光儲一體化、應(yīng)急電源等領(lǐng)域展現(xiàn)巨大潛力。鄒文江團隊的研究通過理論建模與實驗數(shù)據(jù)的高度吻合（體積模擬誤差＜2%），為 AAR技術(shù)的工程化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。目前，團隊正積極推進與企業(yè)合作，目標(biāo)在3-5年內(nèi)實現(xiàn)技術(shù)落地，推動VRFB從“能用”走向“好用”。
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值得關(guān)注的是，AAR技術(shù)的思路不僅適用于全釩液流電池，其“動態(tài)平衡”理念可為其他類型液流電池的電解液管理提供借鑒。隨著儲能技術(shù)研發(fā)持續(xù)升溫，類似創(chuàng)新將加速破解“儲得下、放得出、用得起”的行業(yè)難題，為清潔能源的大規(guī)模消納和電網(wǎng)穩(wěn)定運行提供堅實支撐。當(dāng)技術(shù)突破轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用，我們離可再生能源隨時可用的未來又近了一步。
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