液流电池是一种大规模、高效率的电化学储能技术。液流电池可分为全钒液流电池、铁-铬液流电池、锌溴液流电池等类型，其中全钒液流电池是一种以钒为活性物质，呈现循环流动液态的氧化还原电池。全钒液流电池具有使用寿命长、可拓展性好、灵活性高等优势，是目前最具大规模应用前景的储能技术。


在碳中和、碳达峰战略背景下，我国能源结构不断更改，新型储能产业得到快速发展，全钒液流电池市场需求随之释放。为推动全钒液流电池商业化进程，近年来，我国有关部门发布了多项利好政策，如《关于加快推动新型储能发展的指导意见》、《“十四五”新型储能发展实施方案》等。在政策推动下，新型储能建设速度加快，利好全钒液流电池市场发展。


1、全钒液流电池是目前技术成熟度最高的液流电池技术


全钒液流电池是目前技术最为成熟、产业化程度最高的液流电池技术。根据电极活性物质的 不同，液流电池可分为多种技术路线，其中已有商业化应用的代表体系包括全钒、铁铬、锌 溴等。


从技术成熟度的角度出发，目前全钒液流电池处于领先位臵，其最早由澳大利亚新南 威尔士大学的Skyllas-Kazacos教授及其团队于1985年开创，日本住友电工、加拿大VRB、 国内大连化物所等机构从20世纪90年代起相继开始进行产业化的研究，目前国内外均有几 十至百MWh级别商业化项目投运。相较而言，铁铬液流电池存在析氢反应和铬离子电化学 反应活性不足等问题，锌溴电池的单体容量则相对有限，目前基本处于工程化示范阶段。


全钒液流电池在大规模、长周期的储能场景中具有广阔的发展空间。


全钒液流电 池的主要优势为安全、长寿以及灵活，但在当前的技术水平下，其能量密度、转换效率、初 始投资较锂电池仍有一定差距，因此我们认为全钒液流电池的适用领域主要为大规模、长周 期的储能场景。


相较于抽水蓄能，全钒液流电池的选址更为灵活，且建设周期较短；而相较 于锂电池储能，全钒液流电池的安全性明显占优，可部署于人员密集的城市场景，单位投资 成本则随着储能时长的拉长而明显降低。



2、提高液流电池的可靠性、稳定性，降低成本


推进全钒液流电池储能技术的普及应用，还需要官、产、学、研、用(户)共同努力，加大投入，不断创新，完善技术，大幅度提高储能系统的可靠性和稳定性，进一步降低成本。提高液流电池的可靠性、稳定性，降低成本主要包括以下几个方面：


（1）开发新一代高性能、低成本的全钒液流电池关键材料技术。例如高稳定性、高浓度电解质溶液；高离子选择性、高导电性、高化学稳定性、低成本离子传导(交换)膜；高导电性、高韧性双极板；高反应活性、高稳定性、高厚度均匀性、低成本电极材料。


研究开发高浓度、高稳定性、低成本的全钒液流电池电解质溶液体系拓展钒电解质溶液的使用温度范围和高比能量、高稳定性、低成本的液流电池新体系是液流电池电解质溶液的重要研究方向。开展高离子选择性、高导电性、高化学稳定性、环境友好、低成本的非氟离子传导膜对推进全钒液流电池的产业化具有重要意义。


在保持双极板高致密性、高机械强度、高韧性的条件下，进一步提高双极板的电导性，对于降低电堆的内阻，提高电池的工作电流密度即功率密度具有重要作用。因此，需要开发满足上述性能要求的双极板材料。


全钒液流电池电极(碳毡、石墨毡)的性能与液流电池电堆内的活化极化、欧姆极化和浓差极化都密切相关。提高电极的催化反应活性、导电性以及密度分布和厚度均匀性是高性能电极研究开发的重点。


（2）液流电池电堆是发生充、放电反应，实现电能与化学能相互转换的部件，是液流电池的核心部件，电堆的性能和可靠性直接影响液流电池储能系统的性能和可靠性。目前全钒液流电池电堆的额定工作电流密度还较低，造成其功率密度较低、材料用量大、成本高。因此，优化电堆的结构设计，提高电解质溶液活性物质钒离子在电堆内部的时空分布均匀性，降低离子传导膜、电极、双极板之间的接触电阻，可以有效降低电堆内的欧姆极化，从而提高电堆的电压效率和能量效率。


全钒液流电池电堆的各种效率和电解液利用率之间密切相关。库仑效率与离子交换(传导)膜的质子选择性密切相关，电压效率与离子交换(传导)膜及电堆的内阻密切相关，电堆的能量效率为库仑效率和电压效率的乘积。而电解液的利用率与电压效率密切相关。理论储存1 kWh的电能，需要5.6 kg V2O5，如果电解液的利用率为70%，则实际上储存1 kWh的电能大约需要8 kg V2O5，同样地，如果把电解液的利用率提高到80%，实际上储存1 kWh的电能，大约仅需要7 kg V2O5。所以，全钒液流电池储能系统的运行条件需根据电池储能系统的成本和电解液的成本综合平衡，选择最经济的运行条件。开展新型电堆结构设计优化，研究开发高功率密度全钒液流电池电堆的结构设计技术，使电堆的额定工作电流密度提高到300 mA/cm2以上，同时提高电解质溶液的利用率，是液流电池结构设计的重要研究方向。


（3）全钒液流电池系统由电堆、电解质溶液储供子系统、电池管理子系统等组成，系统相对复杂。开发高可靠性、高稳定性、低成本的大功率液流电池模块的设计集成技术和百兆瓦级全钒液流电池储能系统的集成及智能控制管理策略及综合能量管理技术也极为重要。



3、短期内由大型发电/电网企业主导，工商业用户侧潜在空间较大


短期内全钒液流电池的主要应用场景为大规模电网侧/发电侧项目，投资主体为大型发电/电 网企业。考虑到当前国内储能最重要的驱动因素为新能源发电侧的强制配套要求，且全钒液 流电池自身的初始投资成本相对较高，我们预计短期内全钒液流电池储能项目的投资将主要 由大型发电企业或电网企业主导。目前大唐、国家电投、中广核等大型电力集团已经启动了 百MWh级别的全钒液流电池储能项目建设，华电、国网江苏等亦在进行示范性项目的尝试， 经过前期项目的验证，未来全钒液流电池有望成为大型电力集团重点布局的一类储能形式。


全钒液流电池储能在大型工商业用户侧场景中亦有广阔的发展空间。2021年以来国家层面 密集发布各类政策，整体的思路是推动工商业用户全部进入电力市场、高耗能企业市场交易 电价不受上浮比例限制、拉大峰谷价差、新增可再生能源不计入能耗指标等。因此，无论是 从保障供电稳定性还是降低综合用电成本的角度出发，工商业用户配臵储能的需求已较为迫 切。与此同时，与盈利模式尚未完全建立的国内发电侧/电网侧储能市场相比，用户侧储能的 市场化程度相对较高，全钒液流电池有望凭借全生命周期内的成本优势获取部分大工业用户 的青睐。


例如 2022 年海螺集团旗下海螺绿能 联合大连博融共同合资设立安徽海螺融华储能科技有限公司，开展全钒液流储能电池系统集 成、储能电站投资建设、电解液租赁等相关业务。2022 年 6 月海螺融华发布“20MW/120MWh 全钒液流电池储能系统设备采购及服务”招标公告，全钒液流电池储能在大型工商业用户侧 的应用持续加速。


来源：储能科学与技术，未来智库，新思界网