全钒液流电池成储能界“新宠”

近日，钒电池概念股持续走高，以钒为主要资源的企业股价也多日涨停，引起行业关注。钒电池，即全钒液流电池，是当前液流电池中发展时间最长、技术最成熟、商业化程度最高的一种技术。

满足中长时储能需求

“全钒液流电池是大规模、大容量、长时、高安全性储能的首选技术。”中科院大连化学物理研究所首席研究员张华民表示，“全钒液流电池的电解液为钒离子的稀硫酸水溶液，只要控制好充放电电压，保持电池系统存放空间通风良好，就不存在着火爆炸的风险。”

根据储能时长不同，电化学储能技术可分别满足不同的市场需求。大连融科技术发展有限公司总经理王晓丽表示：“如基于超级电容的飞轮储能技术，具有短时大功率的调节能力，锂离子电池适合1小时-4小时的储能需求，而钒电池则更适合于中长时储能，即4小时-12小时的储能。”

山西国润储能科技有限公司技术总监吴志宽向记者介绍：“钒电池与锂电池不同，液流电池的液体电解质储存在外部储罐中，而不是储存在每个电池单元中。由于携带能量的电解质与发电堆在物理上是分开的，因此液流电池的能量和功率也是分开的。”

“全钒液流电池储能系统的输出功率由电堆的大小和数量决定，而储能容量由电解液的体积决定。”张华民表示，正因这种特性，储能时长越长，钒电池单位造价就越低。

除此之外，钒电池作为储能电池，使用寿命也极具优势。王晓丽进一步表示，钒电池可通过化学手段低成本快速恢复容量衰减。“钒电池本身就是一种寿命超长的电池储能装备，在百分之百充放电循环下，钒电池充放电循环次数可以达到2万次以上。同时，在它的整个生命周期之内，能量保持率可以达到百分之百。”

产业链日渐国产化

全氟质子交换膜材料是液流储能电池最核心部件，也是最具难度的核心技术，被业内称为全钒液流电池的“心脏”和“芯片”。此前，该技术和产品一直以来都掌握在少数外国公司手中，如今，这项技术已被国内企业掌握。

据江苏科润膜材料有限公司总经理杨大伟介绍，该公司自2009年起瞄准燃料电池和液流电池的方向开始做国产化质子膜，如今，其产品在国内钒电池质子交换膜市场的份额已经达到90%。

“公司生产的液流储能电池在电化学及力学性能方面均达到或超过进口产品，同时造价仅相当于进口产品的1/3。”杨大伟表示，“目前，公司拥有120万平米/年的质子膜产能，二期又规划了400万平米/年产能的质子膜生产基地，将于明年投产。”

此外，钒电池生产商也倾向于自主建设零部件生产基地，保障供应。如国润储能建设有成熟的全氟离子膜生产线，融科储能则具备关键部件电堆的完整生产线以及全球最大钒电解液生产基地。

降本需扩大产业规模

据攀钢钒钛的年报显示，2021年，全球钒产量（以V2O5计）为21万吨左右，其中我国约占全球产量的65%。不过，钒资源虽然丰富，钒价却居高不下。

为此，王晓丽认为，钒电池产业化规模亟待扩大。“在当前技术水平下，钒电池初始投资造价与锂电池相比确实偏高。钒电池产业刚刚兴起，虽然产业链基本完善，但是产业规模还没有达到规模效应显现的阶段。不过，无论从材料、核心电堆还是系统集成的角度，钒电池仍有大量的技术提升空间，可以预期在技术上钒电池仍有一个较大的降本潜力。”

“电解液的成本约占整个储能系统成本的70%，由于电解液可再生循环使用，不需要报废处理，因此生命周期的价格低、经济性好。”张华民同时表示，钒电池在电池系统报废后除电解液可再生循环使用外，其他金属材料、碳材料等，也可以有效利用而不污染环境。

“如果加大投入，全钒液流电池从性能、成本控制上仍有很大的发展空间，远没有触到‘天花板’。在低温或者极高温的环境下，全钒液流电池比锂电池及铅酸电池更加安全与可靠，有其专属的特定市场需求。”吴志宽说。

英国IDTechEx公司报告认为，面向储能市场的钒液流电池到2031年前后或将在装机容量上超过锂离子电池。

张华民预计：“到2030年，全钒液流电池储能系统的功率（千瓦）装机市场份额将达到30%左右，容量 （千瓦时）装机市场份额将会达到电化学储能的50%左右。”