锌镍液流电池关键原材料和部件测试方法标准解读

刘亚楠

（机械工业北京电工技术经济研究所）

1 制定背景

随着国家“双碳”目标确立，能源结构调整加快，新能源发电的装机量不断增加，与之相应的储能需求也日渐攀升。根据国家发改委、能源局《关于加快推动新型储能发展的指导意见》，2025年我国新型储能装机规模将达到30GW以上，储能装机需求将快速增长。目前，很多地方政府都对新增的新能源发电项目做了配储比例的要求，电化学储能电站建造周期短，不受地理条件限制，使其在储能领域占比逐渐提升。随着锌镍液流电池标准示范项目的落地和稳定运行，能源行业液流电池标委会依托液流电池领域科研院所的学术领先优势，以及行业内头部企业的技术积累和实践经验，组织制定的NB/T 11224—2023《锌镍液流电池 电极测试方法》、NB/T 11225—2023《锌镍液流电池 电解液测试方法》和NB/T 11226—2023《锌镍液流电池 隔膜测试方法》三项能源行业标准于2023年发布，本文对上述三项能源行业标准进行了解读。

2 制定意义

液流电池系统功率和容量相互独立，充放电性能好，循环寿命长，安全性高，特别适合大规模储能场景，尤其显著提升了储能电站安全稳定运行能力。锌镍液流电池处于新兴快速发展阶段，标准体系尚未建立。电极、电解液和隔膜都是锌镍液流电池的关键原材料和部件，其性能优劣将直接影响到电池系统的性能。本文中涉及的三项能源行业标准的制定，是我国具有自主知识产权的锌镍液流储能电池相关技术标准，将大力推进其国际化，填补国内和国际液流电池标准空白，对实现锌镍液流电池创新技术的实用化和产业化，抢占液流电池科技制高点具有非常重要的作用。也将进一步推动国内液流电池技术的发展，提高行业核心竞争力，同时促进新能源产业的创新。标准的实施将为液流电池制造商的生产、经营和质量检验提供规范性的依据和评价，也将为液流电池制造商、用户、相关检验部门和广大消费者提供良好的质量依据，满足产业链各方面的需求，具有良好的经济效益和社会效益。

3 基本信息

NB/T 11224—2023《锌镍液流电池 电极测试方法》、NB/T 11225—2023《锌镍液流电池 电解液测试方法》和NB/T 11226—2023《锌镍液流电池 隔膜测试方法》于2023年发布并实施，三项标准给出了锌镍液流电池关键原材料和部件的测试方法。

液流电池是一种电化学储能技术，由电堆、电解液、电解液存储供给单元以及管理控制单元等部分构成，利用正负极电解液反应、各自循环的一种高性能蓄电池。液流电池通过正、负极电解质溶液活性物质发生可逆氧化还原反应实现电能和化学能的相互转化。充电时，正极发生氧化反应使活性物质价态升高，负极发生还原反应使活性物质价态降低，放电过程与之相反。与一般固态电池不同的是，液流电池的正极和（或）负极电解质溶液储存于电池外部的储罐中，通过泵和管路输送到电池内部进行反应。常见的液流电池如下图所示。

图 液流电池示意图

锌镍液流电池是一种利用锌和镍的化学反应储存电能的液流电池。锌镍液流电池以固体氢氧化镍电极为正极，以在惰性集流体上发生沉积/溶解的多孔状泡沫镍为负极，电解液是流动的碱性锌酸盐溶液。充电时，正极中的固体氢氧化镍氧化成羟基氧化镍，锌酸根离子在负极上被还原成金属锌。放电时发生其逆过程。电池的开路电压为1.705V，极化相对较低，平均放电电压达到1.6V。

目前相关企业和科研院所通过不断的经验积累和技术创新，利用三项标准规定的测试方法，对电极、隔膜、电解液等关键原材料和部件进行不断改进，取得了突破性的进展，在提高功率密度与能量密度的同时，进一步降低了电堆成本，设计集成出了高性能锌镍液流电池系统，实现了工程示范应用。

考虑锌镍液流电池自身的独有特点，三项标准确定的测试方法为锌镍液流电池制造商的内部生产、经营和质量检验提供强有力的方法和依据。三项标准是国内外首次给出了锌镍液流电池原材料和部件的测试方法。以标准作为指导性文件，锌镍液流电池制造商生产过程中能够通过规范的测试方法进行有效的性能评价，有利于促进产品性能的提升，为锌镍液流电池关键原材料和部件在应用过程中的性能评价提供有力的保障。

4 制定过程和主要内容

2018年底标准启动会召开，同时成立了标准起草工作组。在标准编制过程中充分参考和借鉴现行的铅酸电池、锂离子电池、燃料电池、全钒液流电池的技术条件及测试方法标准，同时参考国内外大量液流电池的技术文献和书籍，最大程度地保持与现行二次电池、燃料电池以及全钒液流电池标准的一致性。首先明确了锌镍液流电池储能系统的框图和边界以及关键零部件隔膜、电极和电解液所处的位置，结合应用场景，确定技术参数，再选定试验方法。2019年4月召开的第一次标准工作组会议上，针对隔膜提出了建议参考部分碱性电池的检测项目；针对电解液，确定了测试项目；针对电极，确定了以平板式和多孔碳毡式两种电极结构分别列出。关于多孔电极需增加考虑孔隙率、氧化率、石墨化程度、纤维直径、表面张力、脱落率等方面影响因素。 2019年8月召开的第二次标准工作组会上，进一步对有关问题进行了完善，针对隔膜提出增加隔膜“涨缩率”测试方法；针对电解液，确定增加电解液用量的要求，并增加容量法的测试方法；针对电极，将多孔电极内容作为附录。 2020年5月召开的第三次标准工作组会上，针对隔膜，提出测试方法名称由“涨缩率”改为“溶胀率”；针对电解液，补充了相关规范性引用文件；针对电极，进一步明确了对仪器和精度的要求。上述三项标准均于2020年8月进行公开征求意见，2020年12月召开了标准审查会，经审查，专家一致同意审查通过，三项标准均达到了既定目标。

NB/T 11224—2023《锌镍液流电池 电极测试方法》的主要内容包括：规定了锌镍液流电池电极的测试方法；适用于锌镍液流电池平板式和多孔电极两种电极的测试方法；明确了锌镍液流电池的电极的术语和定义；提出了锌镍液流电池电极测试的环境要求和测试仪器精度要求；规定了平板式电极的厚度均匀性、电阻率、电化学活性、腐蚀电流密度、翘曲度、抗拉强度、抗弯强度和抗压强度的测试方法，以及多孔电极的厚度均匀性、电阻率、压缩率、电化学活性、表观密度和面密度测试。

NB/T 11225—2023《锌镍液流电池 电解液测试方法》的主要内容包括：规定了锌镍液流电池用电解液外观、锌离子浓度、氢氧根离子浓度、Fe含量、卤素离子含量、电导率和粘度的测试方法；适用于锌镍液流电池电解液性能测试方法；明确了锌镍液流电池的电解液的术语和定义；提出了锌镍液流电池电解液测试的环境要求和测试仪器精度要求；规定了外观、锌离子浓度、氢氧根离子浓度、铁离子含量、卤素离子含量、电导率和粘度的测试方法和数据处理等。

NB/T 11226—2023《锌镍液流电池 隔膜测试方法》的主要内容包括：规定了锌镍液流电池隔膜厚度均匀性、拉伸性能、电阻率、耐碱性和溶胀率的测试方法；适用于锌镍液流电池隔膜性能测试方法；给出了隔膜、隔膜有效面积、隔膜电阻率和隔膜面电阻的术语和定义；提出了锌镍液流电池隔膜测试的环境要求和测试仪器精度要求；规定了锌镍液流电池隔膜的厚度均匀性、电阻率、拉伸性能、耐碱性和溶胀率的测试方法和数据处理等。