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由广东省惠州市惠阳区人民政府指导，中国石油大学（北京）、中海储能、全球储能网、全球液流电池网等联合举办的2024年绿色低碳转型与储能技术创新产教融合研讨会/CFE2024 南方液流电池储能产教融合高峰论坛将于12月24-25日在广东惠阳召开，诚邀您的参与！
近日，星辰新能荣获鉴衡全钒液流电池电堆认证证书，拔得国内头筹。今天小编将揭开星辰钒星V-STAR电堆的神秘面纱，为大家详细解析其在设计创新、工艺优化、标准化测试以及生产品质管控等环节中的核心技术与独特解决方案。
星辰新能的研发团队由公司首席科学家中南大学刘素琴教授领衔。刘教授作为最早一批在国内从事全钒液流电池领域研究的专家，她的丰硕学术成果和科技成果转化能力为团队指引了清晰的研发方向。
同时，公司外聘中国科学院金属研究所唐奡博士作为技术顾问。他师从全钒液流电池发明人 Maria Skyllas-Kazacos 教授。这一深厚的学术渊源赋予了他独特的技术视角，为团队带来前沿的理念和创新思路，注入强大动力。
团队核心成员也不容小觑，他们来自燃料电池、液流电池、锂电储能领域，专业涉及材料学、化学、物理、数学、流体力学等。这些不同领域和专业背景的成员汇聚在一起碰撞出无尽的智慧火花，为创新创造了无限可能。
星辰钒星V-STAR电堆就是在这样的梦之队的孵化下诞生。
电堆的三大主材：离子交换膜、电极材料、双极板。原材料是电堆研发的根基，其质量、性能和特性直接决定电堆的能量转换效率、功率密度、耐久性等关键指标，因此研发团队对主材的选用标准十分严格，自建标准体系，不断筛选上游材料供应商，以达到高性能、高可靠性、长寿命、低成本的最终目的。
就拿离子交换膜来说，导电性与耐久性是关键。为了挑选表现更为优异的离子交换膜，团队对离子交换膜进行外观、厚度均匀性、吸水率、拉伸性能、电导率和面电阻、离子交换容量、钒离子扩散性、离子选择性、耐久性等测试。
以耐久性为例，材料的耐久性是决定全钒液流电池长期运行能力的重要指标。团队采用循环充放电法，对单电池进行耐久性测试，确保材料在长时间运行中的稳定性；每进行200圈测试，记录电池静置期间电池内阻；待测试结束，取出离子交换膜，在测试条件下放置至少24 h后，进行拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量、穿刺强度、厚度、离子交换容量测试，并记录首圈与末圈库仑效率、能量效率。
电极材料则需要对不同钒离子氧化还原都具有良好的反应活性和反应可逆性，并且具备稳定的三维网络结构、高电导率、高机械强度和柔韧性，同时，良好的耐腐蚀性和化学稳定性也是优质电极材料的必备条件。为了选择优良的电极材料，团队对电极材料进行外观、厚度均匀性、面电阻、压缩率、电化学活性、表观密度、流动阻力、CV、EIS等测试。
以CV和EIS为例，CV测试可以帮助研发团队直接观察并快速了解不同钒离子在电极上的氧化还原反应及反应的可逆性，EIS测试则可以帮助研发团队深入了解电极表面电荷转移及物质传递过程，从而优化材料选型及设计。
对于双极板来说，良好的化学稳定性、耐酸耐腐蚀性是基本标准。双极板优良的导电性能、较高的机械强度和韧性、良好的致密性是有效提高电流密度的关键。
目前，关于电堆主材的选用，行业相关标准规范较少，不完善且缺少实践，无法满足实际需求。星辰新能研发团队高标准、严要求，自建标准体系和样品库，与上游材料商不断磨合，通过长期的沟通和反馈循环，持续优化材料供应方案，并依据电堆在不同应用场景下的性能要求，对主材的各项参数严格把控，确保材料在导电性、稳定性、耐腐蚀性等方面达到最优水平。
这种与材料供应商之间的紧密合作，不仅提高了主材选择的精准度，也明确了材料改良方向，为新材料的引入创造了有利条件，进一步推动星辰新能的电堆研发向着更高性能和更低成本迈进。
在星辰新能，电堆结构设计一直处于持续更新迭代的动态过程中。为了使钒离子在复杂电堆内部高效均衡输运，研发团队积极探索，创新流场结构，通过优化流场的形状、尺寸以及流道的分布方式，精准地调控电解液在电极中的流动路径和速度，从而实现电解液均匀分布。相当于为电解液搭建了一个合理规划的 “交通网络”，让每一滴电解液都能在电极中找到自己的 “最佳路线”，确保各个区域都能得到充分的滋润，极大地提升了电堆的工作效率。
安全性始终是电堆设计的重中之重。在这方面，合适的密封材料的选择显得尤为关键。研发团队经过大量的实验和筛选，采用密封性能更加卓越的材料，使其紧密地贴合在电堆的各个密封部位，有效阻挡电解液的泄漏。优化后的密封技术设计不仅使电堆能承受外漏测试的最大压力达到200 kPa，还将内漏测试的最大压力提升到50kPa，进一步强化了密封效果，从根源上隔绝了电解液泄露的风险，全方位提高了电堆的安全性。
充放电测试是评估电堆性能的核心环节之一。星辰新能采用高精度的充放电测试设备，全方位评估电池在不同测试条件下的性能表现。极差与平均电流密度也是测试重点，极差反映了电堆在不同工作条件下的稳定性，而平均电流密度则是电堆性能的重要参考。测试表明，星辰钒星V-STAR电堆在这两个指标上均表现出优异的性能。在42kW额定功率条件下进行充放电测试，确保电堆能量效率大于80%，库伦效率大于96%，充放电末期极差控制在30 mV和40 mV以内，远超目前行业标准要求。下图可以看出，星辰电堆具有高能量效率、热稳定性能及动态响应性。为了深入了解电堆的耐用性，长时间的充放电循环测试也必不可少。这是一项耗时且严谨的工作，需要模拟电堆在整个生命周期内的使用情况。通过不断地重复充放电过程，观察电池在多次循环后的性能变化，从而对其循环寿命和性能衰减情况进行重点评估。
这个过程如同对电堆的寿命进行 “长跑” 考验，只有通过这种严格测试的电堆，才能在实际应用中稳定、可靠地运行，满足客户对产品长期使用性能的期望。
在电堆生产过程中，每一个环节都严格遵循来料检验标准和过程检验标准，才能生产出合格的产品。
精确定位是电堆生产的基石。如同搭建一座精巧繁复的建筑，每个组件的位置都必须精确无误。星辰新能的装配设备运用先进的定位技术，确保电极等关键组件在电堆中的位置精准度达到微米级别。
在装配过程中，压力的均匀施加是确保电堆质量的关键。星辰新能生产线配备专业的压力调控设备，实时监测并调整装配压力，使每一个连接部位、每一层组件都受到均匀的压力。让各个部件紧密且稳定地结合在一起，从而极大地提高了电堆生产的一致性，保证每一个电堆在性能上都能达到高度统一。
电堆的组装对环境的要求近乎苛刻，必须在无尘环境下组装，星辰新能组装车间配备了高效的空气过滤系统，能够持续过滤并去除空气中可能存在的微小杂质，确保每一个组件在组装过程中不受污染。
全钒液流电池（VRFB）电堆制造的复杂性与系统性决定了其的诞生需兼顾多方面要素。从结构设计的精巧构思、材料选择的精益求精、生产工艺的严格把控，再到性能测试的全面评估，每一个环节都如同紧密咬合的齿轮，只有严丝合缝的联动，才能推动全钒液流电池产业的健康运转，才能让一块优质电堆诞生。
如今，科技创新的浪潮正携带着新技术、新材料、新工艺滚滚而来，这无疑为全钒液流电池的技术创新和产品迭代打开了更多思路。星辰新能坚信，只有严把材料关、创新核心技术、优化生产工艺，才能不断挖掘电堆性能潜力，降低电堆成本，进而让更多优质高效的产品进入市场，形成一个良性发展的产业闭环，促进整个全钒液流储能产业生态的繁荣发
投稿邮箱：1256761899@qq.com
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