【科奖答辩案例】国家科学技术奖原理动画演示-科学达芬奇出品|新型储能|液流|电池|科学|能源|达芬奇

7月8日召开的国家科学技术奖励大会、两院院士大会、中国科协第十一次全国代表大会上，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）李先锋研究员、张华民研究员，大连融科储能技术发展有限公司总工程师刘宗浩，大连化物所刘涛研究员、史丁秦高级工程师，大连融科储能集团股份有限公司郝玥高级工程师共同完成的“新一代大规模全钒液流电池关键技术及应用”成果，荣获2025年度国家技术发明奖二等奖。

科学达芬奇为其制作了国家技术发明奖答辩原理动画~

十余年间，面对国家战略重大需求，李先锋团队从关键材料被“卡脖子”的困境中突围，一路攻坚克难，最终实现了核心技术自主可控；又从实验室里微小的样品起步，一路迭代升级，直至全球最大液流电池电站并网投运。

“这次获奖是对团队过去的肯定，但我们绝对不会止步于此。我们的最终目标，是国家能源的未来。”李先锋说。

破壁：从受制于人到自立自强

全钒液流电池作为大型储能方案，在国际上被视为本征安全、寿命长、资源自主可控的理想路线。其巧妙之处在于，钒液流电池的正负极使用同一种钒元素，即使长期运行后电解液中钒离子价态失衡，也能通过化学反应轻松修复，未来回收和维护也相对简便。这些特性，让它天然契合大容量、长时储能的需求。然而，长期受限于成本和可靠性等因素，其大规模产业化应用始终无法实现。

2009年，李先锋结束在比利时的研究学习，回国加入了大连化物所储能技术研究团队。彼时，团队在张华民的带领下，已将全钒液流电池锁定为核心攻关方向，但正面临着核心技术，尤其是离子传导膜，被国外牢牢卡着脖子的困境。

一张小小的薄膜怎么会成为“卡脖子”的关键？在全钒液流电池中，离子传导膜起着隔离正负极、同时允许特定离子通过的核心作用。它的性能直接决定着电池的效率与寿命。然而，就是这样一层看似不起眼的材料，在国内却长期依赖进口，成本高且供应受限，成为产业发展的最大瓶颈。

不解决膜材料问题，中国液流电池产业就会一直陷在如此困境之中。团队比谁都清楚，退一步，便是受制于人的被动；进一步，则是前途未卜的未知。国外不会把核心技术拱手相让，国内又没有现成的答案可以借鉴。摆在团队面前的，是一条没有地图的路，也是一条非走不可的路。正是因为深知这种被动与艰难，他们才更加坚定：自己的薄膜，必须自己造出来。

团队另辟蹊径，提出一个大胆的设想：能否通过调控膜的孔径大小，实现离子的选择性传输？想法有了，实现却极难。微观世界的调控，犹如在纳米尺度上“绣花”：孔径做大一分，传导性提升了，选择性却无法保障；做小一分，选择性有了，传导性又会出现问题。选择性和传导性这两座“大山”成了绕不过去的难关。经过大量实验和反复试错，团队终于找到了那个微妙的平衡点，提出了不含离子交换基团的“离子筛分传导”机理，将多孔离子传导膜引入液流电池，成功突破了膜材料技术瓶颈，彻底打破了国外的技术壁垒。

从分子结构创新到制备工艺优化，团队一路攻坚，不仅研发出了高选择性、高传导性、低成本的多孔膜材料，还成功攻克了规模化生产技术。

膜的问题解决了，另一个更艰巨的挑战紧随其后：电堆的工作电流密度。简单说，电流密度越高，同样功率下电堆越小、成本越低。然而初始阶段，团队只能在保持电堆的能量转换效率不低于80%的同时，实现80 mA/cm2的工作电流密度，难以满足产业化的需要。

一次次推翻重来，一次次逼近极限，团队重点挖掘了电池内的反应及传递过程中的每个细节，优化流场设计，对电堆进行了全方位的性能提升，最终成功研制出高功率密度电堆，中国液流电池产业，终于有了“中国芯”。

这些攻关线，每一条都曾卡住产业的命脉，又都在这支团队的手中逐一破解、松开。中国大规模储能的大门，正这样被一点点打开。

突围：从关键跨越到规模引领

攻克膜材料这个“命门”，只是万里长征的第一步。一系列现实问题接踵而来：如何把实验室的“样品”变成工业化的“产品”？如何让一个个电堆可靠地拼成兆瓦级、百兆瓦级的储能电站？

这些问题的答案，不只写实验室的论文里，而更要写在生产线上、在戈壁滩的风沙中、在储能电站一次次的充放循环里。团队从一开始就笃定一条原则：所有基础研究，必须瞄准产业化应用中的真问题、硬骨头。团队始终坚持“产、学、研、用”相结合的创新开发机制，这不是一场“先研发、再转化”的接力赛，而是从源头开始就把企业带进实验室，把科研人员拉到中试线，一起从起点跑到终点。

为此，他们与成果转化的产业化公司——大连融科储能技术发展有限公司（以下简称融科储能）紧密合作，形成了高效协同的“联合体”。大连化物所侧重高性能、低成本关键材料等核心技术研发；融科储能则专注全钒液流电池材料、电堆的批量化生产及大规模储能系统的设计与集成。

2022年10月30日，大连液流电池储能调峰电站一期工程（100MW/400MWh）正式并网发电，作为首个百兆瓦级国家级大规模电化学储能调峰电站，它为城市建立起一座“电力银行”。

白天，风电、光伏充足时，它默默把多余的电能存进电解液里；夜晚用电高峰或电网波动时，它又能瞬间释放储好的电力，削峰填谷，稳稳托住整个系统的平衡。遇到突发状况，它还能扮演一个特殊角色——“黑启动电源”。如果整个电网因故障全“黑”，这台储能电站可以“自己启动自己”，在没有任何外部电源的情况下率先运转，为城市提供电能。

这项技术在大连示范成功了，但团队的脚步绝不止于此。他们与融科储能长期紧密合作，将目标锁定在更广阔的产业化版图上。

2024年末，由团队提供技术支持的我国严寒地区首套百兆瓦级共享储能电站在吉林松原投产。冬夜的松原，气温逼近零下30摄氏度，呵气成冰。就在这样呵气成冰的极寒中，全钒液流电池系统稳稳启动、正常充放，丝毫未受极端低温影响，一举破解了高寒地区新能源消纳与电网调峰的难题。2025年底，新疆吉木萨尔，荒漠戈壁，昼夜温差悬殊，风沙常年侵蚀。就在这片连设备运转都格外艰难的土地上，全球最大液流电池电站成功并网，在风沙与烈日中日夜不息地平稳运行。

从渤海之滨到东北雪原，再到西北戈壁，团队的技术经受住了极端天气的自然考验。

更远的一步，在海外。团队与比利时企业签署了全钒液流电池技术合作协议，推动“中国方案”迈入欧洲市场。这是技术自信的体现，也是产业成熟的标志。从国内示范到海外布局，中国全钒液流储能技术，正一步步走向世界舞台中央。

领航：为产业立标，为未来蓄力

产业化步伐加快的同时，团队的目光也投向更远处，他们要为整个行业“立规矩”。

团队发起成立了液流电池专业技术委员会，为液流电池标准化技术委员会主任委员单位，并制定了 29 项液流电池技术的国际、国家和行业标准。从电池性能测试方法，到安全运行规范，每一项标准背后，都是团队在实践中积累的教训与经验。

2024年，团队的全钒液流储能技术产业化入选国家知识产权局全国专利产业化十大典型案例，是辽宁省和中国科学院唯一入选案例。团队围绕全钒液流电池相关技术在国内外共申请专利300余件，目前拥有有效发明专利100余件，技术覆盖从电池隔膜、电极、双极板等关键材料到核心部件和系统，形成了相对完善的知识产权保护体系。