中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：這段時(shí)間，液流電池的發(fā)展受到了學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的大力推崇，一位業(yè)內(nèi)朋友告訴我，不久前在深圳落地的碳中和院士峰會(huì)，正是南方科技大學(xué)趙天壽院士組的局，他的主攻方向?yàn)橐毫麟姵?，論壇?nèi)容也大多圍繞于此展開。
據(jù)液流電池電解液公司金格倫統(tǒng)計(jì)，下游行業(yè)訂單已達(dá)6.5GWh。這一數(shù)值已經(jīng)超過了券商普遍做出的3GWh預(yù)期。顯然，二級(jí)市場信息已經(jīng)遠(yuǎn)滯后于產(chǎn)業(yè)鏈一線中的消息。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至目前，已有9家液流電池公司獲得融資，吸金超25億元，主營釩液流電池的大連融科正是為數(shù)不多的新能源百億獨(dú)角獸。
投產(chǎn)和融資如火如荼，液流電池的前景究竟如何？
01.與鋰電池分庭抗禮？
液流電池，顧名思義，是將正負(fù)極的活性物質(zhì)溶解在電解液中，在電極上發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)充放電。目前90%以上的應(yīng)用都為釩電池。
釩電池和我們熟知的鋰離子電池體系完全不同，它屬于液流體系。第一眼看去，就能發(fā)覺出釩電池拖著高達(dá)四五米的儲(chǔ)液罐，這是決定其能量密度的重要單元。
液流電池誕生于美蘇“太空競賽”與兩次石油危機(jī)的70年代，曾被看作主流的儲(chǔ)能技術(shù)，但因?yàn)殇囯姵氐囊酃饷⒍谎┎亍?
鋰電池體系如此成熟了，為何還要發(fā)展全釩液流電池？
首先是材料本質(zhì)上的安全，這在儲(chǔ)能電站進(jìn)入尋常商戶家、工廠園區(qū)時(shí)，顯得尤為重要。
有機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)了全球67起儲(chǔ)能事故后，總結(jié)出的第一條原因，就是鋰電池內(nèi)部電芯失效，從而引發(fā)電池與模組的熱失控，鋰電池使用了高度易燃的有機(jī)電解液，最后引起整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的著火或爆炸。
據(jù)光大證券的統(tǒng)計(jì)，從2011年到2022年4月，全球總計(jì)發(fā)生的34起儲(chǔ)能電站爆炸事件中，有32起是鋰電池。
鋰電池材料本質(zhì)的缺陷，讓釩電池作為新的技術(shù)路線有發(fā)展的機(jī)會(huì)。
因?yàn)殁C電池用于化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)，是以水溶液形態(tài)貯存在儲(chǔ)液罐中，可以在常溫常壓下運(yùn)行，因此無爆炸或火災(zāi)隱患。甚至將正、負(fù)極電解液混合也不會(huì)有危險(xiǎn)，只是電解液溫度會(huì)略有升高，所以被稱為“永不爆炸”的電池。
釩電池的第一波熱潮，正是起于去年6月監(jiān)管對于儲(chǔ)能安全的政策規(guī)定，多次引發(fā)火災(zāi)事故的三元電池被禁止使用，釩電池的消防等級(jí)被劃為丁級(jí)（要求最低）。釩電池的商業(yè)潛力因此被釋放。
其次就是超長的循環(huán)壽命，突出了釩電池的價(jià)值。
釩電池沒有元素?fù)p耗，只依靠釩離子豐富的價(jià)態(tài)變化，循環(huán)壽命理論可達(dá)25年以上，充放電循環(huán)次數(shù)25000次以上，100%充放電無衰減。目前循環(huán)壽命最長的磷酸鐵鋰也僅為了全釩液流的三分之一左右。
釩電池的工作原理
如果用專業(yè)術(shù)語來解釋， 是因?yàn)槿C液流電池為液態(tài)均相體系。鋰電池在常規(guī)的充放電過程中，會(huì)發(fā)生因各種因素發(fā)生固態(tài)相變，從而對電池本身造成損壞。
一個(gè)最貼近日常的體驗(yàn)是我們的手機(jī)，用時(shí)間長了會(huì)發(fā)生鼓包，還需要經(jīng)常充電。
全釩電池的液態(tài)特性，天然適合于需要經(jīng)常滿充滿放、使用多年的儲(chǔ)能場景。
目前，加拿大VRB公司（已被中國公司北京普能收購）動(dòng)力系統(tǒng)商業(yè)示范中，運(yùn)行時(shí)間最長的釩電池模塊已正常運(yùn)行9年多，充放電循環(huán)壽命超過18000次，遠(yuǎn)高于鋰電池和鉛酸電池。
再次，如果全釩液流電池進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，預(yù)期的容量增減和運(yùn)維成本較低。
因?yàn)殁C液流電池的容量單元和功率單元相互獨(dú)立，需要增容時(shí)就添加更多的儲(chǔ)液罐，需要增大功率時(shí)就增加更多的電堆。此外，用于反應(yīng)的電解液可以循環(huán)利用，回收價(jià)值高于鋰電。
有如此多的優(yōu)勢，屬于全釩液流電池的時(shí)代要來了嗎？
02.成本如何降低？
釩電池目前的發(fā)展掣肘，關(guān)鍵在于產(chǎn)量低、成本高。
這個(gè)問題有多致命？2005年，日本住友電工在小批量試驗(yàn)釩電池后，因?yàn)槭袌鲂枨笮?，不得不中止了液流電池的研發(fā)。2008年，釩電池龍頭VRB因?yàn)闆]訂單、融資遇冷，瀕臨破產(chǎn)邊緣。
即便到了最近的2021年和2022年，釩電池在新型儲(chǔ)能裝機(jī)中的占比也僅為0.6%、2.3%。
商業(yè)化的本質(zhì)是一個(gè)算賬問題。因?yàn)楫a(chǎn)業(yè)鏈遠(yuǎn)不夠成熟，涉及環(huán)節(jié)又比較復(fù)雜，所以釩電池的一次性投資成本相對高于鋰電池。
盡管釩電解液可以回收，殘值高，但先決條件是產(chǎn)業(yè)鏈需要先打通，形成“生產(chǎn)-使用-回收” 的閉環(huán)，而產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)又需要先降低初始成本，讓市場接受，這直接形成了一個(gè)悖論。
在2018年時(shí)，釩電池成本高達(dá)8元/Wh，直到2022年才逐步降低到3元/Wh，如果規(guī)?；慨a(chǎn)，能達(dá)到2.5/Wh。這一速度已經(jīng)超出了國際再生能源機(jī)構(gòu)IRENA的預(yù)測。
降本的空間還足夠大，近期卷到天際的鋰電池，已經(jīng)把價(jià)格殺到了1元/Wh。釩電池投資成本的下降一方面取決于產(chǎn)業(yè)化規(guī)模化的速度，另一方面在技術(shù)層面也有不少值得突破的點(diǎn)。
在材料端，占成本大頭的是電解液和電堆，分別為能量單元和功率單元的核心，兩者成本占比達(dá)到70%以上。
全釩液流電池系統(tǒng)的主要構(gòu)件及種類
釩電解液的制造分為兩個(gè)步驟，先是生產(chǎn)核心前驅(qū)體，即釩化學(xué)品（五氧化二釩、偏釩酸銨等）， 擁有量產(chǎn)能力的基本為大型釩提煉及加工企業(yè)，目前中國釩礦產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的62%。隨后是將前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為電解液，大連融科在釩電解液制造上占據(jù)了80%以上的市場。
電解液的降本方式主要靠商業(yè)模式創(chuàng)新。多家創(chuàng)業(yè)公司通過縱向一體化，和釩化工企業(yè)合作，來降低成本。同時(shí)電解液成本較高，可以靠融資租賃的方式來減少初始投資成本。
國內(nèi)的大連融科與海螺融華在“機(jī)陽海螺水泥6MW/36MWh項(xiàng)目“中應(yīng)用了釩電池電解液租賃模式。通過電解液金融租賃方式，業(yè)主可以約50%的初始投資支出，只需在使用期間支付租金和利息。
在電堆材料方面，最高的成本項(xiàng)是進(jìn)口隔膜。杜邦公司生產(chǎn)的Nafion全氟磺酸膜應(yīng)用最廣泛，化學(xué)穩(wěn)定性和離子導(dǎo)電性很好，但成本高，達(dá)到500~800美元/平方米。
因此，隔膜國產(chǎn)化替代也被提上日程。
目前，性能與杜邦相當(dāng)?shù)膰a(chǎn)全氟磺酸膜造價(jià)僅為進(jìn)口產(chǎn)品的1/3。根據(jù)GGII數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年液流電池質(zhì)子交換膜國產(chǎn)化率達(dá)到23.15%，出貨量靠前的企業(yè)為科潤新材料和東岳未來。
除了材料本身，設(shè)備也有很大的降本余地。
比如專用于硫酸基質(zhì)、用于密封釩電解液的氟橡膠，一噸售價(jià)30萬元-40萬元，長期運(yùn)行還要面臨老化和塑性變化等問題。
大連融科通過一體化激光焊技術(shù)簡化密封工藝，實(shí)現(xiàn)隔膜-電極-雙極板的一體化，直接去掉了價(jià)格高昂的氟橡膠。激光焊接的工藝，也避免了壓緊螺桿等的傳統(tǒng)緊固方式導(dǎo)致電池結(jié)構(gòu)變形。
類似的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和成本降低，只能在一次次的系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐中探索。在制造業(yè)，任何一項(xiàng)技術(shù)的性價(jià)比提高，靠的都是多點(diǎn)創(chuàng)新緩慢積累的結(jié)果。
03.誰在賺錢？何時(shí)到商業(yè)化節(jié)點(diǎn)？
從2007年大連化物所落地首個(gè)液流電池至今，釩電池的格局已經(jīng)有質(zhì)的變化，尤其是在2023年。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，液流電池只用了十個(gè)月的時(shí)間完成并超過了行業(yè)過去十余年累積完成的規(guī)模。各招投標(biāo)新建項(xiàng)目紛紛給出超100 MW規(guī)模。10月7日，國電投更是放出采購信息，擬招標(biāo)1GWh 4h液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，開啟了液流電池的GWh時(shí)代。
資本涌入和市場需求，正讓釩電池產(chǎn)業(yè)鏈迅速走向成熟。
一位儲(chǔ)能投資人表示，“液流電池行業(yè)已經(jīng)形成了高度的專業(yè)壁壘，2023年是液流電池創(chuàng)業(yè)最后的好機(jī)會(huì)，這個(gè)階段還可以用產(chǎn)業(yè)背景創(chuàng)業(yè)拿到錢，明年開始大家就要刀兵相見，賽道上也會(huì)涌現(xiàn)出新的并購機(jī)會(huì)?！?
所幸的是，國內(nèi)公司在液流電池主要的材料端和設(shè)備端都占有主導(dǎo)權(quán)，所以降本的速度足夠快。國外的全釩液流電池大多規(guī)模較小，主要分布在日本、北美和歐洲，產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)雜程度不足以支撐其快速發(fā)展。
國內(nèi)釩電池賽道上的企業(yè)主要分為兩派，一派是科研院所自研孵化或者知名教授帶出來的初創(chuàng)企業(yè)，以大連融科為代表；另一派是吸收收購國外技術(shù)的的創(chuàng)業(yè)企業(yè)，以北京普能為代表。
2006年，中科院大連化物所建成首個(gè)10kW全釩液流電池試驗(yàn)電堆，其他大學(xué)院校紛紛跟進(jìn)。2008年， 大連融科成立，由大連化物所和大連博融控股集團(tuán)共同建立。今年4月，大連融科獲得10億元B+輪融資，躍升為百億獨(dú)角獸。
2009年，北京普能世紀(jì)以215萬美元低價(jià)收購加拿大VRB，獲得其各項(xiàng)技術(shù)、專利、商標(biāo)、設(shè)備及核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)。VRB手中有從澳大利亞新威爾士大學(xué)購得的釩電池原始專利。
這兩家公司代表著液流電池的老牌玩家，研發(fā)時(shí)間超過十年。
釩液流新勢力有天府儲(chǔ)能、國潤儲(chǔ)能、星辰儲(chǔ)能等，一經(jīng)成立就拿到了巨額融資。成立兩三年時(shí)間的新勢力，試圖通過資本助力和單點(diǎn)技術(shù)突破降本，來直面競爭。
釩電池產(chǎn)業(yè)鏈 數(shù)據(jù)來源：普華資本、公開資料
而在釩電池之外，鐵基和鋅基電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也在加速。核心原因還是一條，成本——釩電解液價(jià)格太高，那就用更便宜的鐵、鋅代替。但目前后者的問題是技術(shù)可靠性有待完善，還沒有見到大規(guī)模的示范項(xiàng)目驗(yàn)證。
熱火朝天的儲(chǔ)能市場在這兩年同時(shí)經(jīng)歷了高光和質(zhì)疑，因?yàn)閺男袠I(yè)的第一性原則出發(fā)，儲(chǔ)能是平衡高比例新能源的一個(gè)必要手段，大規(guī)模部署儲(chǔ)能的需求是確定的。
但應(yīng)該用什么類型的儲(chǔ)能？怎么建立機(jī)制？可以說產(chǎn)業(yè)鏈所有的玩家都在摸著石頭走路。
在儲(chǔ)能的發(fā)展早期，儲(chǔ)能電池甚至被看作車載動(dòng)力電池的向下兼容，當(dāng)年梯次電池利用才是產(chǎn)業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。但在一次次的火災(zāi)事故中，實(shí)際的應(yīng)用過程中，三元電池、梯次利用電池被排除，真正能用的儲(chǔ)能電池才被篩選而出。
回到液流電池，作為一條新的技術(shù)路線。雖然在車載動(dòng)力、消費(fèi)電子領(lǐng)域上技不如“鋰”（因?yàn)轶w積太大），但在儲(chǔ)能應(yīng)用都打了到鋰電池的“七寸”，本質(zhì)安全、4小時(shí)以上長時(shí)儲(chǔ)能、長循環(huán)壽命，無不體現(xiàn)了突出的性能優(yōu)勢。
只不過，對早期創(chuàng)新的接受需要一個(gè)漫長的過程，在儲(chǔ)能市場的大浪淘沙下，這一過程已大大縮短，液流電池正迎來全新的增長機(jī)遇。
