鋅鎳液流電池關鍵原材料和部件測試方法標準解讀

劉亞楠

（機械工業北京電工技術經濟研究所）

1 制定背景

隨著國家“雙碳”目標確立，能源結構調整加快，新能源發電的裝機量不斷增加，與之相應的儲能需求也日漸攀升。根據國家發改委、能源局《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》，2025年我國新型儲能裝機規模將達到30GW以上，儲能裝機需求將快速增長。目前，很多地方政府都對新增的新能源發電項目做了配儲比例的要求，電化學儲能電站建造周期短，不受地理條件限制，使其在儲能領域占比逐漸提升。隨著鋅鎳液流電池標準示范項目的落地和穩定運行，能源行業液流電池標委會依托液流電池領域科研院所的學術領先優勢，以及行業內頭部企業的技術積累和實踐經驗，組織制定的NB/T 11224—2023《鋅鎳液流電池 電極測試方法》、NB/T 11225—2023《鋅鎳液流電池 電解液測試方法》和NB/T 11226—2023《鋅鎳液流電池 隔膜測試方法》三項能源行業標準于2023年發布，本文對上述三項能源行業標準進行了解讀。

2 制定意義

液流電池系統功率和容量相互獨立，充放電性能好，循環壽命長，安全性高，特別適合大規模儲能場景，尤其顯著提升了儲能電站安全穩定運行能力。鋅鎳液流電池處于新興快速發展階段，標準體系尚未建立。電極、電解液和隔膜都是鋅鎳液流電池的關鍵原材料和部件，其性能優劣將直接影響到電池系統的性能。本文中涉及的三項能源行業標準的制定，是我國具有自主知識產權的鋅鎳液流儲能電池相關技術標準，將大力推進其國際化，填補國內和國際液流電池標準空白，對實現鋅鎳液流電池創新技術的實用化和產業化，搶占液流電池科技制高點具有非常重要的作用。也將進一步推動國內液流電池技術的發展，提高行業核心競爭力，同時促進新能源產業的創新。標準的實施將為液流電池制造商的生產、經營和質量檢驗提供規范性的依據和評價，也將為液流電池制造商、用戶、相關檢驗部門和廣大消費者提供良好的質量依據，滿足產業鏈各方面的需求，具有良好的經濟效益和社會效益。

3 基本信息

NB/T 11224—2023《鋅鎳液流電池 電極測試方法》、NB/T 11225—2023《鋅鎳液流電池 電解液測試方法》和NB/T 11226—2023《鋅鎳液流電池 隔膜測試方法》于2023年發布并實施，三項標準給出了鋅鎳液流電池關鍵原材料和部件的測試方法。

液流電池是一種電化學儲能技術，由電堆、電解液、電解液存儲供給單元以及管理控制單元等部分構成，利用正負極電解液反應、各自循環的一種高性能蓄電池。液流電池通過正、負極電解質溶液活性物質發生可逆氧化還原反應實現電能和化學能的相互轉化。充電時，正極發生氧化反應使活性物質價態升高，負極發生還原反應使活性物質價態降低，放電過程與之相反。與一般固態電池不同的是，液流電池的正極和（或）負極電解質溶液儲存于電池外部的儲罐中，通過泵和管路輸送到電池內部進行反應。常見的液流電池如下圖所示。

圖 液流電池示意圖

鋅鎳液流電池是一種利用鋅和鎳的化學反應儲存電能的液流電池。鋅鎳液流電池以固體氫氧化鎳電極為正極，以在惰性集流體上發生沉積/溶解的多孔狀泡沫鎳為負極，電解液是流動的堿性鋅酸鹽溶液。充電時，正極中的固體氫氧化鎳氧化成羥基氧化鎳，鋅酸根離子在負極上被還原成金屬鋅。放電時發生其逆過程。電池的開路電壓為1.705V，極化相對較低，平均放電電壓達到1.6V。

目前相關企業和科研院所通過不斷的經驗積累和技術創新，利用三項標準規定的測試方法，對電極、隔膜、電解液等關鍵原材料和部件進行不斷改進，取得了突破性的進展，在提高功率密度與能量密度的同時，進一步降低了電堆成本，設計集成出了高性能鋅鎳液流電池系統，實現了工程示范應用。

考慮鋅鎳液流電池自身的獨有特點，三項標準確定的測試方法為鋅鎳液流電池制造商的內部生產、經營和質量檢驗提供強有力的方法和依據。三項標準是國內外首次給出了鋅鎳液流電池原材料和部件的測試方法。以標準作為指導性文件，鋅鎳液流電池制造商生產過程中能夠通過規范的測試方法進行有效的性能評價，有利于促進產品性能的提升，為鋅鎳液流電池關鍵原材料和部件在應用過程中的性能評價提供有力的保障。

4 制定過程和主要內容

2018年底標準啟動會召開，同時成立了標準起草工作組。在標準編制過程中充分參考和借鑒現行的鉛酸電池、鋰離子電池、燃料電池、全釩液流電池的技術條件及測試方法標準，同時參考國內外大量液流電池的技術文獻和書籍，最大程度地保持與現行二次電池、燃料電池以及全釩液流電池標準的一致性。首先明確了鋅鎳液流電池儲能系統的框圖和邊界以及關鍵零部件隔膜、電極和電解液所處的位置，結合應用場景，確定技術參數，再選定試驗方法。2019年4月召開的第一次標準工作組會議上，針對隔膜提出了建議參考部分堿性電池的檢測項目；針對電解液，確定了測試項目；針對電極，確定了以平板式和多孔碳氈式兩種電極結構分別列出。關于多孔電極需增加考慮孔隙率、氧化率、石墨化程度、纖維直徑、表面張力、脫落率等方面影響因素。 2019年8月召開的第二次標準工作組會上，進一步對有關問題進行了完善，針對隔膜提出增加隔膜“漲縮率”測試方法；針對電解液，確定增加電解液用量的要求，并增加容量法的測試方法；針對電極，將多孔電極內容作為附錄。 2020年5月召開的第三次標準工作組會上，針對隔膜，提出測試方法名稱由“漲縮率”改為“溶脹率”；針對電解液，補充了相關規范性引用文件；針對電極，進一步明確了對儀器和精度的要求。上述三項標準均于2020年8月進行公開征求意見，2020年12月召開了標準審查會，經審查，專家一致同意審查通過，三項標準均達到了既定目標。

NB/T 11224—2023《鋅鎳液流電池 電極測試方法》的主要內容包括：規定了鋅鎳液流電池電極的測試方法；適用于鋅鎳液流電池平板式和多孔電極兩種電極的測試方法；明確了鋅鎳液流電池的電極的術語和定義；提出了鋅鎳液流電池電極測試的環境要求和測試儀器精度要求；規定了平板式電極的厚度均勻性、電阻率、電化學活性、腐蝕電流密度、翹曲度、抗拉強度、抗彎強度和抗壓強度的測試方法，以及多孔電極的厚度均勻性、電阻率、壓縮率、電化學活性、表觀密度和面密度測試。

NB/T 11225—2023《鋅鎳液流電池 電解液測試方法》的主要內容包括：規定了鋅鎳液流電池用電解液外觀、鋅離子濃度、氫氧根離子濃度、Fe含量、鹵素離子含量、電導率和粘度的測試方法；適用于鋅鎳液流電池電解液性能測試方法；明確了鋅鎳液流電池的電解液的術語和定義；提出了鋅鎳液流電池電解液測試的環境要求和測試儀器精度要求；規定了外觀、鋅離子濃度、氫氧根離子濃度、鐵離子含量、鹵素離子含量、電導率和粘度的測試方法和數據處理等。

NB/T 11226—2023《鋅鎳液流電池 隔膜測試方法》的主要內容包括：規定了鋅鎳液流電池隔膜厚度均勻性、拉伸性能、電阻率、耐堿性和溶脹率的測試方法；適用于鋅鎳液流電池隔膜性能測試方法；給出了隔膜、隔膜有效面積、隔膜電阻率和隔膜面電阻的術語和定義；提出了鋅鎳液流電池隔膜測試的環境要求和測試儀器精度要求；規定了鋅鎳液流電池隔膜的厚度均勻性、電阻率、拉伸性能、耐堿性和溶脹率的測試方法和數據處理等。