需求持续增长，全钒液流电池能否成为储能新希望？

电子发烧友网报道（文/黄山明）如今，在双碳策略的指引下，国内的新能源产业迎来高速发展，风电、光伏等可再生能源正在快速改变当前的能源格局。不过这也带来了一些问题，比如电网所面临的稳定性、经济调度及高质量电能的问题，而储能在其中就能够让这些可再生能源变为更优质的新能源。而在长时储能技术中，全钒液流电池以更优的成本优势以及更好的选址灵活度格外显眼。
 
全钒液流电池的发展
 
1884年，法国工程师Charles Renard为军用飞艇开发出了一款锌氯电池，彼时还未配备液流电池的核心组件，也就是流体驱动系统，直到1950年隔膜的问世，液流电池技术才开始萌芽。
 
到1986年，澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）的Maria Skyllas-Kazacos教授在国际上首次申请全钒液流电池专利，并且自建了一座1kw级的试验电堆，能效达到72%-88%。这算是全钒液流电池发展史的里程碑，意味着这项技术从实验室走向了产业化。
 
随后到1997年，Pinnacle公司收购了UNSW的钒电池专利，2001年，加拿大的Vanteck公司又收购了Pinnacle，并在2022年改名为钒电池储能系统技术开发公司（VRB Power Systems），随后收购了Reliable Power，进而控制了整个北美的全钒液流电池市场，成为当时全球最大的全钒液流电池公司。
 
国内的全钒液流电池研发也比较早，起始于在20世纪80年代末期，到1995年中国工程物理研究院的电子工程研究所率先建成了500W、1kW全钒液流电池样机，成为全国首个全钒液流电池样机。随后经过国内多年的经验积累与技术迭代，目前中国全钒液流电池技术已经达到全球领先水平。
 
与普通的锂离子电池和铅碳电池不同，全钒液流电池分别由电堆（或单电池）、正极储罐（储存有正极电解液）、负极储罐（储存有负极电解液）、循环泵以及管理系统构成，其中电堆由多个单电池串联而成，每个单电池包括正极、负极、隔膜、正/负极双极板等材料。
 
这意味着多个全钒液流电堆可以构成一个储能模块，多个储能模块可以构成一个储能系统或者储能电站。这也是全钒液流电池的一大优势，可以对选址地形有更强的适应力。
 
与此同时，钒电池还具备长循环寿命，达到了所有电化学储能技术之最，钒电池的循环寿命可达20000次以上，使用年限可达20年，而锂电池循环次数普遍在10000次以下，大概在5-6年左右。
 
产业发展现状
 
目前我国全钒液流电池行业仍处于初步发展阶段，尽管在一些技术上有了突破，如液流电池关键材料、高性能电堆、大规模储能系统集成等方面，但还未进行广泛的商业化应用。
 
国内一些主流的企业如大连融科、北京普能、上海电气、承德新钒钛、武汉南瑞、上海电气、襄阳大力电工、湖南银峰、北京绿钒、深圳中和储能、也流出能、四川天府储能、四川伟力得等。国外的钒电池企业主要为日本住友、美国invinitiy等等。
 
从储量上看，据美国地质调查局的数据显示，截至2022年全球钒资源储量合计超过6300万吨，其中已认定的钒资源中符合当前采掘生产要求的部分约为2557万吨，中国储量达950万吨，占比为37.2%为全球最多。
 
据Mysteel数据统计，2020年中国全钒液流电池新增装机量0.01GW，2021年中国全钒液流电池新增装机量0.012GW，2022年达到0.2GW。进入2023年，在政府补贴、产业链成熟和规模效应降本等多重因素影响下，2023年全年全钒液流电池新增装机量约为1.56GW。随着近几年对钒电池需求的上升，预计到2024年全钒液流电池可用钒量约为3万吨。
 
需要看到的是，目前由于电池电解液制备技术壁垒较高，想要实现高效生产高性能钒电解液需要考虑的因素较多，而以租代售模式能够为企业节省大量初始投入成本，节省资金可达50%左右。
 
当前国内如大连融科、海螺融华等企业推出了钒电池电解液租赁模式，已经在枞阳海螺6MW/36MWh全钒液流电池储能项目中得以应用，意味着这一模式已经从理论走向了实际应用。
 
小结
 
尽管当下储能电池仍然以锂为主，但中国不管是在钒的存储量，还是钒电池技术应用上，都已经站到了全球头部行列，国内对全钒液流电池的需求也在快速提升。尤其钒电池具备的低成本、长寿命以及更灵活的选址优势，都更适合国内市场，可以预见未来国内的储能中，全钒液流电池将占据重要位置。