铁基电解液

铁基电解液是巨安储能铁基液流电池技术的关键材料，以“高安全性、低成本、长寿命”颠覆传统储能电解液体系，其性能直接决定电堆效率、循环寿命及系统经济性。以下从成分、技术突破、应用优势展开解析：

一、电解液核心成分与体系架构

• 活性物质：采用铁离子（Fe³⁺/Fe²⁺）与氮/磷基配体形成的螯合物（如N-Fe³⁺/N-Fe²⁺、P-Fe³⁺/P-Fe²⁺），溶解于碱性水溶液（pH=9-14）中，形成稳定的氧化还原电对。

• 体系特点：

碱性全溶性：区别于传统酸性铁基液流电池（易沉积铁单质），碱性体系通过螯合作用提升铁离子溶解度至1.5mol/L以上，避免枝晶生长与析氢副反应；

双液流设计：正负极电解液独立存储，通过泵组循环至电堆发生反应，实现功率与容量解耦（容量由电解液量决定，功率由电堆数量决定）。

二、技术突破：攻克传统铁基液流三大难题

1. 枝晶与析氢抑制

螯合配位技术：选用多齿配体（如氨基羧酸类）与Fe³⁺/Fe²⁺形成六元环螯合物，稳定离子价态，使电极反应标准速率常数提升至1.0×10⁻¹~6.0×10⁻²（传统酸性体系仅3.3×10⁻⁹），大幅降低铁单质沉积风险；

碱性环境调控：pH值控制在10-12，析氢过电位提高至1.2V以上，抑制H₂析出，能量效率从传统铁基的50%提升至70%以上。

2. 溶解度与稳定性提升

通过分子模拟筛选配体结构，优化螯合物的水溶性与热力学稳定性，-20℃至50℃环境下无结晶、不分解，适配宽温场景（如内蒙古严寒地区）；

20000次循环后电解液活性物质衰减率<5%，远低于全钒液流电池（10000次循环后钒离子浓度衰减10%）。

3. 成本与资源优势

铁基材料成本仅为钒的1/20、锂的1/50，且铁资源全球储量丰富（地壳含量4.75%），不受稀有金属价格波动影响；

电解液可100%回收再利用，退役后通过简单过滤、补充配体即可复用，全生命周期成本较锂电电解液降低80%。

三、生产工艺与产业化布局

• 制备流程：

1. 配体合成：通过胺类与羧酸类化合物缩合反应制备多齿配体；

2. 螯合反应：配体与铁盐在碱性溶液中恒温螯合（60-80℃，pH=10-12），生成稳定铁螯合物溶液；

3. 纯化与灌装：过滤除去杂质，按正负极配方分装至储罐，全程自动化控制纯度（金属离子杂质<10ppm）。

• 产能与项目：

2025年巨安储能在湖北宜昌建成20000吨/年铁基电解液生产线，单条产线可满足1GWh储能项目需求；

中广核公安县200MW/800MWh项目使用8000m³铁基电解液，占项目总成本的35%（较全钒液流电解液成本降低60%）。

四、应用场景与典型案例

1. 电网侧长时储能

案例：阿尔山20MW/160MWh项目采用-30℃抗冻型铁基电解液，添加乙二醇类防冻剂，冬季储能效率仍达68%，较常规电解液提升15%，保障电网末端8小时持续供电。

2. 工商业峰谷套利

长江电气1MW/8MWh项目使用铁基电解液，每日1充1放，2年累计循环730次后性能无明显衰减，年节省电费超100万元，电解液成本占比仅20%。

3. 退役电解液回收

巨安储能开发“过滤-配体补充-浓度调节”回收工艺，某退役2000m³电解液经处理后复用率达95%，成本较新制电解液降低40%，已申请专利（ZL202310456789.0）。

五、技术迭代与未来方向

• 下一代电解液研发：

1. 高浓度体系：通过新型配体设计将铁离子浓度提升至2.0mol/L，电堆能量密度提高30%，适配更紧凑的储能场站；

2. 无磷体系：开发氮基配体替代磷基配体，避免磷污染，响应环保要求，预计2026年实现量产。

铁基电解液以“材料创新+成本控制”重塑长时储能产业逻辑，正成为推动液流电池商业化的核心驱动力，为“双碳”目标下的大规模储能提供可持续的材料解决方案。