中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在“雙碳”目標(biāo)指引下，我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)迎來了高速發(fā)展的新時(shí)期。以光伏和風(fēng)電為代表的可再生能源，正迅速改變著我們的能源格局。隨著可再生能源發(fā)電并網(wǎng)比例快速提升，電力系統(tǒng)“雙側(cè)隨機(jī)性”和“雙峰雙高”的“三雙”特征日益顯著，電網(wǎng)面臨消納壓力和運(yùn)行安全挑戰(zhàn)。
為保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)調(diào)度以及電能的高質(zhì)量，進(jìn)一步形成可控制、可調(diào)度的電網(wǎng)，電力系統(tǒng)需要配置儲(chǔ)能，使可再生能源成為更友好的優(yōu)質(zhì)新型能源。
隨著可再生能源滲透率逐步提升，光伏和風(fēng)電等可再生能源發(fā)電“時(shí)間+空間”錯(cuò)配問題逐漸凸顯，進(jìn)一步催生電力系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能調(diào)度需求。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能（持續(xù)放電時(shí)間4h以上的儲(chǔ)能技術(shù)）可以提升可再生能源發(fā)電消納能力，并有效降低電力系統(tǒng)消納壓力和運(yùn)行成本。而具備材料本征安全性高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、電解液可循環(huán)利用、生命周期性價(jià)比高、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)的全釩液流電池（以下簡(jiǎn)稱“釩電池”），或?qū)⒃陂L(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能領(lǐng)域脫穎而出。
儲(chǔ)能，新能源浪潮中的不可或缺
近年來，人們對(duì)可再生能源的需求愈發(fā)迫切。光伏、風(fēng)電等可再生能源正以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和巨大的潛力，引領(lǐng)著未來能源革命的腳步。隨著電網(wǎng)中可再生能源的占比不斷提高，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（Battery Energy Storage System，簡(jiǎn)稱BESS）將在可再生能源供應(yīng)與電網(wǎng)負(fù)荷之間扮演日益關(guān)鍵的角色，成為加速可再生能源替代傳統(tǒng)化石燃料不可或缺的技術(shù)。
按照儲(chǔ)能原理和技術(shù)的不同，儲(chǔ)能技術(shù)可劃分為電儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能和氫儲(chǔ)能三大類。其中除抽水蓄能外的儲(chǔ)能技術(shù)行業(yè)統(tǒng)稱為新型儲(chǔ)能，主要包括鋰離子電池、液流電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、氫（氨）儲(chǔ)能等。相對(duì)于抽水蓄能，新型儲(chǔ)能普遍具有建設(shè)周期短、選址靈活、響應(yīng)快速、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)提供更多時(shí)間尺度的調(diào)控能力。
圖1：儲(chǔ)能技術(shù)分類 資料來源：上海派能能源科技股份有限公司招股說明書、公開資料整理，天風(fēng)天睿制圖
風(fēng)光等可再生能源出力波動(dòng)大且伴有不確定性。
從風(fēng)光日內(nèi)出力及電網(wǎng)負(fù)荷峰谷來看，風(fēng)電一般日間出力低、夜晚出力高，光伏發(fā)電午間出力高、夜晚不再出力，而日用電負(fù)荷呈現(xiàn)早晚兩個(gè)高峰，風(fēng)光出力峰值時(shí)期凈負(fù)荷高峰明顯減小，凈負(fù)荷呈現(xiàn)顯著“鴨子曲線”特征，負(fù)荷波動(dòng)性顯著增加。
從季節(jié)性風(fēng)光出力及電網(wǎng)負(fù)荷峰谷來看，風(fēng)電出力高峰為春、秋兩季，光伏發(fā)電高峰為夏、秋兩季（白天），冬、夏季尤其是夜晚負(fù)荷電量高而可再生能源發(fā)電量低，電網(wǎng)負(fù)荷“冬夏”雙高峰特征明顯，難以匹配可再生能源發(fā)力存在的季節(jié)性。
而從可再生能源出力及電網(wǎng)負(fù)荷地理位置分布來看，國(guó)內(nèi)光伏資源及風(fēng)能主要分布于東北、華北、西北地區(qū)，但用電負(fù)荷高的地區(qū)主要為東部地區(qū)，遠(yuǎn)距離傳輸對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性及調(diào)峰能力提出了更高要求。
圖2：最佳儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)與風(fēng)光滲透率關(guān)系 圖源：Albertus P , Manser J S , Litzelman S .Long-Duration Electricity Storage Applications, Economics, and Technologies[J].Joule, 2020, 4(1):21-32.DOI:10.1016/j.joule.2019.11.009.
隨著可再生能源滲透率提升，風(fēng)光等可再生能源發(fā)電“時(shí)間+空間”錯(cuò)配問題日益凸顯，催生長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求。
風(fēng)光等可再生能源的滲透率越高，對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的需求越高。此外，與短時(shí)儲(chǔ)能相比，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能兼具快速響應(yīng)調(diào)節(jié)和長(zhǎng)期輸出平衡電網(wǎng)負(fù)荷的作用。
2022年1月，國(guó)家發(fā)改委、能源局印發(fā)《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》，提出到2025年實(shí)現(xiàn)氫儲(chǔ)能、熱（冷）儲(chǔ)能等長(zhǎng)時(shí)間尺度儲(chǔ)能技術(shù)突破；加大液流電池、鈉離子電池等關(guān)鍵技術(shù)裝備研發(fā)力度。根據(jù)全國(guó)能源信息平臺(tái)數(shù)據(jù)，截至2023年11月底，國(guó)內(nèi)超過20個(gè)省市地區(qū)已明確新能源配儲(chǔ)要求，平均配儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)已突破2小時(shí)，其中上海、西藏、福建、內(nèi)蒙古、河北、甘肅河西等地區(qū)要求或規(guī)劃配儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)已突破4小時(shí)；國(guó)內(nèi)簽約4小時(shí)以上儲(chǔ)能項(xiàng)目已超20個(gè)，包含壓縮空氣儲(chǔ)能、液流電池、重力儲(chǔ)能等多種技術(shù)路線。
在海外，2022年底，美國(guó)能源部（DOE）宣布儲(chǔ)能時(shí)間達(dá)到10-24小時(shí)的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)示范項(xiàng)目將有資格獲得總額為3.49億美元資金資助，以此支撐美國(guó)低成本、可靠、無碳的現(xiàn)代化電網(wǎng)建設(shè)。2022年2月，為支持英國(guó)的創(chuàng)新性長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)項(xiàng)目，英國(guó)商業(yè)、能源和工業(yè)戰(zhàn)略部(BEIS)宣布撥款3960萬英鎊，首批篩選出的24個(gè)項(xiàng)目覆蓋綠氫電解槽、重力儲(chǔ)能、全釩液流電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、海水+壓縮空氣聯(lián)合儲(chǔ)能等技術(shù)路線。
隨著海內(nèi)外長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能政策和項(xiàng)目接連落地，全球新型儲(chǔ)能市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，截至2023年6月底，國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)達(dá)70.2GW，同比增長(zhǎng)44%；其中新型儲(chǔ)能裝機(jī)為21.06GW、占比達(dá)30.9%；抽水蓄能裝機(jī)為48.51GW、占比為69.1%，同比下降約10%。新型儲(chǔ)能裝機(jī)中，鋰電池占據(jù)主流，占比達(dá)95.9%，液流電池占比為0.8%。目前液流電池在儲(chǔ)能市場(chǎng)的滲透率仍然較低，隨著政策對(duì)儲(chǔ)能安全重視度提升及儲(chǔ)能規(guī)劃趨向于長(zhǎng)時(shí)，釩電池或?qū)⒃谛滦蛢?chǔ)能市場(chǎng)中加速滲透。
圖3：2023年6月國(guó)內(nèi)累計(jì)儲(chǔ)能裝機(jī)構(gòu)成 資料來源：天風(fēng)天睿制圖
釩電池，液流電池的優(yōu)勝者
液流電池技術(shù)最早可追溯到1884年，法國(guó)工程師Charles Renard為軍用飛艇研發(fā)出了原始的鋅氯電池，當(dāng)時(shí)尚未配備現(xiàn)代液流電池的核心組件——流體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。隨著1950年代隔膜的問世，液流電池技術(shù)開始萌芽。其演化歷程大致分為三個(gè)階段：
■ 萌芽期
1974年，美國(guó)航空航天局（NASA）的科學(xué)家塞勒（L.H.Thaller）試圖探索用于月球基地上儲(chǔ)存太陽能的方法，提出將二氯化鐵（FeCl2）和三氯化鉻（CrCl3）作為液流電池的電化學(xué)活性物質(zhì)，以鹽酸作為基質(zhì)，以陰隔膜為隔膜，設(shè)計(jì)了第一款Fe-Cr雙液流電池，開發(fā)出功率1kW的樣機(jī)。然而，由于運(yùn)行過程中正極、負(fù)極電解液中的活性物質(zhì)交叉污染，致使電壓不穩(wěn)，電池容量衰減且無法長(zhǎng)期運(yùn)行，這大大降低了電池的實(shí)際使用壽命。
為避免正負(fù)極活性物質(zhì)交叉污染，解決思路一是將正負(fù)極活性物質(zhì)全部用同一元素的不同價(jià)態(tài)離子的化合物來構(gòu)建，二是繼續(xù)改進(jìn)隔膜。金屬釩化合物因具有多種的價(jià)態(tài)、且安全性較高，故而尤為引人注目。
■ 研發(fā)期
在眾多的液流電池化學(xué)體系中，因釩電池正負(fù)極電解液不存在交叉污染問題，且其安全性和可靠性較高，經(jīng)過十余年的探索，全釩液流電池技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。
1986年，澳大利亞新南威爾士大學(xué)（UNSW）的Maria Skyllas-Kazacos教授在國(guó)際上首次申請(qǐng)了全釩液流電池專利，并建造了1kW級(jí)的試驗(yàn)電堆，能量效率達(dá)72-88%。該電池使用不同價(jià)態(tài)釩離子構(gòu)成氧化還原電對(duì)；以石墨氈為電極，石墨-塑料板柵為集流體；質(zhì)子傳導(dǎo)膜作為電池隔膜；正、負(fù)極電解液在充放電過程中流過電極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，可在5-45℃溫度范圍長(zhǎng)期運(yùn)行。
UNSW的研究成果是全釩液流電池發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，這標(biāo)志著該技術(shù)開始從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化。
■ 商業(yè)化初期
全釩液流電池經(jīng)過多年探索和積淀，其技術(shù)已完全具備可行性。進(jìn)入21世紀(jì)后，全釩液流電池開始真正走向商業(yè)化。
1997年，UNSW向Pinnacle出售釩電池專利；2001年，加拿大Vanteck公司收購(gòu)了Pinnacle公司，獲得核心專利權(quán)；2002年，Vanteck公司改名為釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)公司（VRB Power Systems），并在2004年收購(gòu)了Reliable Power公司，從而控制了整個(gè)北美地區(qū)的全釩液流電池市場(chǎng)，成為當(dāng)時(shí)全球最大的全釩液流電池公司。
國(guó)內(nèi)的全釩液流電池基礎(chǔ)研究起步較早，開始于20世紀(jì)80年代末期。中國(guó)工程物理研究院的電子工程研究所率先在1995年建成了500W、1kW全釩液流電池樣機(jī)。2006年，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所建成10kW全釩液流電池試驗(yàn)電堆。2009年，北京普能世紀(jì)科技有限公司以低價(jià)收購(gòu)VRB Power System，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)。同時(shí)，大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司（簡(jiǎn)稱“融科儲(chǔ)能”）于2008年10月在大連市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)成立，由中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所與大連博融控股集團(tuán)共建。
得益于前期經(jīng)驗(yàn)積累和外部技術(shù)，中國(guó)的全釩液流電池技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程大大加快，目前已成為該領(lǐng)域的全球主力。
全釩液流電池是液流電池中技術(shù)較為成熟、原材料更為可控、商業(yè)化進(jìn)程領(lǐng)先的優(yōu)選技術(shù)路線。
從技術(shù)路線產(chǎn)業(yè)化程度看——目前，全釩液流電池、鐵鉻液流電池這兩個(gè)技術(shù)路線產(chǎn)業(yè)化程度領(lǐng)先。鐵鉻液流電池因?yàn)殂t離子活性低、電池容量衰減快、電壓等級(jí)和能量密度低等一系列技術(shù)問題困擾，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程一直較慢。鋅溴液流電池由于電池循環(huán)壽命短、電池效率低，以及溴化鋅電解液中溴的金屬腐蝕性，目前可能面臨被淘汰的局面。目前國(guó)內(nèi)做鋅溴液流的公司比較少。
從關(guān)鍵原材料儲(chǔ)備量看——地殼中釩資源總量小，但我國(guó)是全球目前已知釩儲(chǔ)量最高的國(guó)家。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù)顯示，截至2022年全球釩資源儲(chǔ)量合計(jì)超過6,300萬噸（折金屬釩），其中已認(rèn)定的釩資源中符合當(dāng)前采掘生產(chǎn)要求的部分約為2,557萬噸。具體來看，中國(guó)、澳大利亞、俄羅斯與南非儲(chǔ)量分別為950、740、500、350萬噸，分別占比37.2%、28.9%、19.6%、13.7%。
據(jù)美國(guó)地質(zhì)勘探局（USGS）礦產(chǎn)品2023年報(bào)告中顯示，2022年全球鉻礦產(chǎn)量約為4,100萬噸。全球鉻礦產(chǎn)量分布情況大致：南非占比44%、土耳其17%、哈薩克斯坦16%、印度10%、芬蘭5%、其他8%。我國(guó)鉻礦儲(chǔ)量?jī)H有407萬噸，占全球儲(chǔ)量比不到百分之一，對(duì)外依存度超過90%，為全球最大進(jìn)口國(guó)。
不同于鋰電池和鐵鉻液流電池存在嚴(yán)重的資源瓶頸或進(jìn)口依賴，釩電池原材料高度自給可控，上游價(jià)格較為穩(wěn)定，有利于我國(guó)能源安全。
全釩液流電池不僅在液流電池領(lǐng)域眾多技術(shù)路線中脫穎而出，對(duì)比其他長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，全釩液流電池還具備更好的選址靈活度和顯著的成本優(yōu)勢(shì)。
現(xiàn)階段長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)路線主要為抽水蓄能、熔鹽儲(chǔ)熱、液流電池儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能以及產(chǎn)業(yè)鏈成熟的鋰電池儲(chǔ)能。其中，抽水蓄能作為傳統(tǒng)儲(chǔ)能方式，市場(chǎng)累計(jì)裝機(jī)規(guī)模最高、經(jīng)濟(jì)性最好，但受選址條件限制，占比逐步降低；壓縮空氣儲(chǔ)能在一定程度上仍受選址限制；熔鹽儲(chǔ)熱及氫儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈尚不成熟，初始投資成本較高，轉(zhuǎn)化效率較低，度電成本較高；鋰電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈成熟，成本低，但安全性問題突出；與其他長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)相比，釩電池在應(yīng)用場(chǎng)景、儲(chǔ)能時(shí)間尺度以及成本等方面綜合優(yōu)勢(shì)突出。
表1：長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能路線性能對(duì)比 資料來源：公開資料，天風(fēng)天睿制表
與主流鋰電池對(duì)比，全釩液流電池具有安全性好、循環(huán)壽命長(zhǎng)、功率與容量模塊可拆分的優(yōu)勢(shì)。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，過去十年發(fā)生約50多起電化學(xué)儲(chǔ)能爆炸事故。其中三元鋰占事故總數(shù)的63.16%，主要原因是熱失控。鋰電池的優(yōu)點(diǎn)是能量密度高，損失小，響應(yīng)速度快；但其自身循環(huán)壽命不及液流電池，且固體電極導(dǎo)致的易燃問題對(duì)鋰電池儲(chǔ)能的商業(yè)化應(yīng)用產(chǎn)生巨大挑戰(zhàn)。
圖5：近十年儲(chǔ)能電站爆炸事故技術(shù)路徑統(tǒng)計(jì) 資料來源：星球儲(chǔ)能所、公開資料整理，天風(fēng)天睿制圖
全釩液流電池具備本征安全性。從原材料屬性來看，鋰電池電解液分別為六氟磷酸鋰（LiPF6）的混合碳酸酯溶液，均為易燃物質(zhì)；而釩電池采用水基電解液，無起火爆炸風(fēng)險(xiǎn)。從電池結(jié)構(gòu)來看，鋰電池正負(fù)極及電解液均共存于一個(gè)體系之中，當(dāng)電池過充或處于低溫環(huán)境下時(shí)會(huì)出現(xiàn)析鋰現(xiàn)象，形成鋰枝晶，易造成短路、帶來熱失控風(fēng)險(xiǎn)；而釩電池電解液獨(dú)立儲(chǔ)存于電解罐中，充放電時(shí)反應(yīng)物可通過循環(huán)泵從電極表面快速抽離，可有效避免濃差極化和熱積累效應(yīng)，無熱失控風(fēng)險(xiǎn)。
釩電池也具備更好的經(jīng)濟(jì)性。釩電池功率和容量相互獨(dú)立，擴(kuò)容性強(qiáng)，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能可降低邊際成本。釩電池的電堆作為發(fā)生反應(yīng)的場(chǎng)所與存放電解液的儲(chǔ)罐分開，從根本上克服了傳統(tǒng)電池的自放電現(xiàn)象，降低了其自身的損耗。釩電池的功率只取決于電堆大小，電池容量則只取決于電解液儲(chǔ)量和濃度；當(dāng)功率一定時(shí)，如要增加儲(chǔ)能容量，只需要增大電解液儲(chǔ)罐容積或提高電解液體積或濃度即可，而不需改變電堆大小，這增加了設(shè)計(jì)的靈活性。如要實(shí)現(xiàn)電池規(guī)模的擴(kuò)展，可通過增大電堆功率和增加電堆數(shù)量來提高功率，以及通過增加電解液來提高儲(chǔ)電量，該種方式可應(yīng)用于建造千瓦級(jí)到百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站，具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。
釩電池還具備長(zhǎng)循環(huán)壽命，達(dá)到了所有電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)之最。釩電池正負(fù)極均為釩離子，在充放電過程中可避免因離子穿過隔膜交叉污染導(dǎo)致的容量衰減問題。釩電池的循環(huán)壽命可達(dá)20,000+次，使用年限可達(dá)20年，而鋰電池循環(huán)次數(shù)普遍在10,000次以下。
相比鋰電池，釩電池多出的兩個(gè)循環(huán)泵將產(chǎn)生額外的能量損耗，因此能量轉(zhuǎn)化率較鋰電池（80-90%）更低，約為65%-75%；但考慮到釩電池循環(huán)壽命遠(yuǎn)高于鋰電池，故能量轉(zhuǎn)換率偏低并不會(huì)顯著降低釩電池全生命周期的經(jīng)濟(jì)性。
釩電池的運(yùn)行溫度區(qū)間較窄。釩電池最佳運(yùn)行溫度為0-45℃，窄于鋰電池（-20-60℃）。當(dāng)溫度過低時(shí)，電解液凝固會(huì)影響電池正常運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度過高時(shí)，正極五價(jià)釩會(huì)析出為五氧化二釩沉淀，造成流道堵塞、電堆性能惡化。為了降低熱管理難度，釩電池充放電過程中電解液循環(huán)流動(dòng)，電堆熱量可直接通過輸送管中的熱交換器散熱，可通過風(fēng)冷方式進(jìn)行溫控。而鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)涉及大量電芯，對(duì)熱管理要求更高，主流溫控路線為風(fēng)冷或液冷：液冷為當(dāng)前主流趨勢(shì)，其勝在散熱溫差更低；風(fēng)冷則具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、更易維護(hù)的優(yōu)勢(shì)。
釩電池產(chǎn)業(yè)鏈逐步成型，投資價(jià)值初現(xiàn)
目前全釩液流電池的技術(shù)成熟度逐漸提高，產(chǎn)業(yè)鏈逐步成型，處于導(dǎo)入期向成長(zhǎng)期過渡階段。其上游主要涉及各項(xiàng)原材料，包括五氧化二釩、全氟磺酸膜等；產(chǎn)業(yè)中游為電解液配制、電堆裝配、控制系統(tǒng)等其他設(shè)備，其中電解液配置技術(shù)和電堆制造技術(shù)壁壘最高；下游儲(chǔ)能主要應(yīng)用于發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)以及用戶側(cè)，主要包括風(fēng)光發(fā)電配儲(chǔ)、電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、戶用、工商業(yè)以及獨(dú)立儲(chǔ)能等細(xì)分領(lǐng)域。
圖6：全釩液流電池產(chǎn)業(yè)鏈 資料來源：公開資料整理，天風(fēng)天睿制圖
全釩液流電池由電解液、電堆和其他部件組成。其中電解液、電堆（隔膜、電極、雙極板）是全釩液流電池的核心部件，其成本分別占總成本的四成左右。
圖7：全釩液流電池成本構(gòu)成 資料來源：iFinD、公開資料整理，天風(fēng)天睿制圖
全釩液流電池電解液主要原材料是釩金屬，國(guó)內(nèi)釩資源存儲(chǔ)豐富，釩電池產(chǎn)業(yè)鏈有較好的資源基礎(chǔ)，因此在大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用上具有良好潛質(zhì)。
目前，我國(guó)釩電池產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展和投資機(jī)會(huì)更多集中于電解液、電堆、隔膜、電控系統(tǒng)等核心材料與部件的研發(fā)與應(yīng)用。
■ 電解液制備是能量密度關(guān)鍵
受電解液濃度的限制，釩電池的能量密度相對(duì)較低（12-40Wh/kg）。這使得釩電池更適用于對(duì)體積、質(zhì)量能量密度要求不高，但對(duì)安全性要求更高的大型、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能電站應(yīng)用場(chǎng)景，即靜態(tài)儲(chǔ)能領(lǐng)域，而非動(dòng)力及移動(dòng)電源等領(lǐng)域。
因此，電解液釩離子濃度成為了評(píng)價(jià)釩電池性能的關(guān)鍵指標(biāo)，提高電解液濃度的方式包括更換電解質(zhì)提升高濃度條件下的釩離子穩(wěn)定性、使用含羧基和磺酸基團(tuán)的添加劑來增加釩離子在高溫條件下的穩(wěn)定性等。此領(lǐng)域國(guó)內(nèi)布局企業(yè)眾多，其中不乏全球市占率達(dá)80%的全球最大釩電解液生產(chǎn)企業(yè)。
■ 隔膜是功率密度關(guān)鍵
隔膜是決定全釩液流電池功率密度的關(guān)鍵因素。隔膜作為全釩液流電池的核心材料之一，其性能和成本直接決定了電池的性能、可靠性及系統(tǒng)成本。
隔膜將正負(fù)極電解液實(shí)現(xiàn)分隔，防止釩離子混合出現(xiàn)自放電現(xiàn)象，并通過選擇性透過離子從而實(shí)現(xiàn)電池結(jié)構(gòu)中完整回路的構(gòu)建。
理想的全釩液流電池隔膜需要具備以下特征：（1）高選擇透性，減少釩離子的跨膜運(yùn)輸導(dǎo)致自放電；（2）優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，高機(jī)械強(qiáng)度，使得薄膜在酸性條件下的壽命長(zhǎng)，從而增長(zhǎng)電池壽命；（3）低電阻率，提高電池倍率性能；（4）低水通量，在充放電過程中，使得陰、陽兩極電解液保持平衡；（5）加工生產(chǎn)成本低，有利于隔膜的廣泛應(yīng)用。
現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外普遍采用的是美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)的Nafion膜，該膜具有耐腐蝕性和抗氧化的優(yōu)點(diǎn)，其材料合成難度相對(duì)較小，但關(guān)鍵性的熔融擠出壓延成型技術(shù)長(zhǎng)期為國(guó)外壟斷，導(dǎo)致成本高昂。國(guó)內(nèi)的隔膜生產(chǎn)公司在開發(fā)中已經(jīng)取得了一定成果，但其機(jī)械強(qiáng)度較杜邦公司仍有一定差距。
■ 電極影響運(yùn)行效率以及功率
液流電池中電極不參與到氧化還原反應(yīng)，但提供了氧化還原反應(yīng)的場(chǎng)所，影響全釩液流電池的功率。良好的電極材料會(huì)促進(jìn)液流電池的充放電反應(yīng)、增加電池結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及使用壽命，進(jìn)而提高液流電池整體的運(yùn)行效率以及輸出功率。
良好的電極需要滿足以下性能：（1）優(yōu)異的導(dǎo)電性能；（2）突出的機(jī)械性能；（3）具有良好的結(jié)構(gòu)特性；（4）成本優(yōu)勢(shì)及環(huán)境友好特性。
國(guó)內(nèi)外釩電池電極主要采用碳素電極。碳素電極包括碳?xì)?、石墨氈、玻碳、碳紙等。其中石墨氈和碳?xì)质氢C電池電極的主流材料，主要因?yàn)槠渚哂谐杀鞠鄬?duì)較低、穩(wěn)定性好、導(dǎo)電能力突出、高比表面積等優(yōu)點(diǎn)。目前，釩電池電極基本可實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。
■ 雙極板支撐電堆結(jié)構(gòu)
雙極板串聯(lián)相鄰單電池的正負(fù)極，導(dǎo)通內(nèi)電路，阻隔兩側(cè)電解液，支撐正負(fù)極，需要具備一定的機(jī)械強(qiáng)度、良好的導(dǎo)電性和耐腐蝕性。
釩電池雙極板根據(jù)材質(zhì)主要分為石墨雙極板、金屬雙極板、碳素復(fù)合材料雙極板等。石墨質(zhì)脆，金屬易腐蝕，因此，目前釩電池雙極板主要采用碳素復(fù)合材料。碳素復(fù)合材料雙極板碳含量越高，導(dǎo)電性能越強(qiáng)，但雙極板韌性會(huì)變差，增加了電堆的組裝壓緊難度。目前，國(guó)內(nèi)已有企業(yè)實(shí)現(xiàn)可焊接碳素復(fù)合板的批量化生產(chǎn)。
在構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的大背景下，儲(chǔ)能將成為新型電力系統(tǒng)的一個(gè)基本要素。隨著新能源發(fā)電占比逐步提升，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能對(duì)新型電力系統(tǒng)重要性將日益凸顯，市場(chǎng)需求逐步釋放。
全釩液流電池具有安全性高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、電解液可循環(huán)利用、生命周期性價(jià)比高、環(huán)境友好等諸多優(yōu)勢(shì)，正逐步開始商業(yè)化，是長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能市場(chǎng)強(qiáng)力競(jìng)爭(zhēng)者。我們認(rèn)為，在電池系統(tǒng)、電解液制備、電堆效率提升以及隔膜制作等產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)具備核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)的企業(yè)，將有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。
