液流電池是一種液相電化學儲能裝置，其活性物質完全溶解在電解液中，通過活性元素的氧化價態變化來實現能量的存儲與釋放，屬于一種氧化還原電池。一般來說，液流電池需要兩組氧化還原電對來構成正負極，隨著電池的充放電過程，正負極活性元素的氧化價態（電位）發生相應變化。以早期最經典、研究最廣泛的 Fe-Cr 雙液流電池為例，其工作電對為 Fe2+/3+/Cr2+/3+，正極活性物質為 FeCl2，負極活性物質為 CrCl3，電解液基質為鹽酸，正負極間用質子傳導膜進行隔離（避免正負極活性物質直接接觸而發生自氧化還原反應）。電池在滿充狀態下放電時，正極活性物質發生還原反應：Cr3+ + e → Cr2+，負極活性物質發生氧化反應：Fe2+ → Fe3+ + e，整體可合并為：Cr3+ + Fe2+ → Cr2+ + Fe3+，即三價 Cr離子對二價 Fe 離子的氧化及自身的還原過程，電子從負極出發，經外電路后到達正極。充電儲能的過程則與之相反。
液流電池技術的起源非常悠久，跨越一個多世紀。最早可追溯到 1884年，法國工程師 Charles Renard 發明的鋅-氯液態電池，被用作軍用飛艇螺旋槳的動力源，續航時間 23 分鐘，往返飛行里程 8 公里，電池整體重 435kg，以三氧化鉻和濃鹽酸為氯源。該電池與今天的鋅-溴液流電池
相似（但沒有附加的流體驅動系統），在當時作為一次電池使用，沒有明顯競爭力，隨后銷聲匿跡。半個多世紀后的 1949 年，德國科學家 WalterKango 發明了“液態儲存電池”，并申請了正式專利，該電池以硫酸鉻氯化亞鐵為工作物質且存放在獨立容器中，以硫酸為基質，石墨為惰性
電極，該專利被視為歷史上液流電池的首個專利。此后，Kango 進一步篩選出 6 組可用于構建液態電池的電對，以氯化鈦、氯化鐵、硫酸鉻等過渡金屬鹽作為活性物質。這種液態儲存電池的裝置結構已初具現代液流電池的雛形，但設計簡陋，且循環性能較差，主要是由于正負極金屬
離子交叉污染引起的自放電很嚴重，導致電壓失穩和容量快速衰減，且所用原物料的腐蝕性往往很強或具有高毒性，在成本上也不具備顯著優勢，因此基本不具有商業化價值。
現代液流電池技術的進步與離子交換膜技術的發展密切相關。1950 年左右，膜技術取得突破，人們獲得了具有選擇透性的離子交換膜，為現代版液流電池技術的發展奠定了基礎。1955 年，通用電器公司將聚苯乙烯磺化修飾后得到了第一個質子交換膜（Proton Exchange Membrane，PEM），并將其作為燃料電池的電堆隔膜。PEM 只允許質子通過，阻斷其他離子透過，因此該技術很快被移植到液流電池中，作為正負極隔膜以抑制內部自放電。到了 80 年代，通用公司與杜邦公司合作，依托后者的全氟磺酸樹脂專利技術，開發出了 Nafion 質子交換膜，并被加拿Ballard 公司應用到燃料電池中，使得其性能大大改善。由于全氟磺酸膜的質子傳導性能優異，還具有極強的抗氧化和酸腐蝕性，很快被引入液流電池中，至今仍然是液流電池的主流隔膜材料。
