科學通報 | 材料創新破瓶頸：液流電池支撐長時儲能新發展

液流電池以其高安全、長壽命、靈活可調的獨特優勢，在大規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，分析未來發展方向，為液流電池的持續進步提供重要參考。

憑借其技術特性優勢，液流電池正從實驗研發階段步入產業化進程。國家層面將其明確列為新型儲能核心技術路線。《“十四五”新型儲能發展實施方案》等重磅政策為其發展提供強力支撐。《2024中國液流電池產業發展白皮書》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，材料創新突破不斷

液流電池技術路線呈多元化發展，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展迅猛。然而，系統成本高仍是液流電池產業化的主要瓶頸，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。優化流場設計（如死區補償流場、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兼具高濃度、高穩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定性，體系能量密度和循環壽命不斷提升。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展中，材料創新仍是核心驅動力：開發兼具高選擇性、傳導性、穩定性的隔膜，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。系統層面，通過應用智能控制、流體動力學優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、產業鏈協同與規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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