電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）近幾年，隨著新能源行業(yè)的興起，尤其是光伏、風(fēng)能等產(chǎn)業(yè)的不斷擴(kuò)張，對(duì)于儲(chǔ)能的需求與日俱增。當(dāng)前儲(chǔ)能市場(chǎng)處于擴(kuò)張期，各大企業(yè)都在緊鑼密鼓搶占市場(chǎng)，而搶占市場(chǎng)的關(guān)鍵便是尋找更具性價(jià)比的技術(shù)。

市場(chǎng)中儲(chǔ)能電池路線選擇非常豐富，包括鉛酸電池、鋰離子電池、超級(jí)電容、鈉硫電池、釩電池等等。不過(guò)在今年，國(guó)家能源局發(fā)布文件表示，將三元鋰離子電池、鈉硫電池從中大型電化學(xué)儲(chǔ)能方案中剔除。同時(shí)，釩電池開(kāi)始進(jìn)入到國(guó)家級(jí)大型化學(xué)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目當(dāng)中，這意味著釩電池的春天到來(lái)了嗎？

特點(diǎn)鮮明的釩電池

釩電池全稱為全釩氧化還原液流電池，也稱作釩液流電池（英文縮寫VRB），是一種可充電的液流電池，通過(guò)采用不同氧化態(tài)的釩離子來(lái)儲(chǔ)存化學(xué)勢(shì)能。目前大多用于電網(wǎng)儲(chǔ)能，例如連接到發(fā)電廠或電網(wǎng)中。

釩電池的發(fā)展最早可以追溯至1933年，由P. A. Pissoort所提出，將釩應(yīng)用在電池領(lǐng)域，后續(xù)人們也進(jìn)行了諸多嘗試。直到上世紀(jì)80年代，澳大利亞新南威爾士大學(xué)的Maria Skyllas-Kazacos首次成功地研制出全釩液流電池，并在1986年申請(qǐng)了專利。

釩電池的優(yōu)點(diǎn)在于，方便規(guī)?；?，電池的容量完全取決于儲(chǔ)罐的大小，既可以做到微波爐那么大，也能做到小型別墅那么大，電池容量幾乎沒(méi)有上限。

也可以在完全放電的情況下長(zhǎng)時(shí)間保存而沒(méi)有其他不良影響，即便沒(méi)有可用的電源為其充電只需要更換電解質(zhì)就能再進(jìn)行充電。即便電解質(zhì)不小心混合了，電池也不會(huì)遭受到永久性的損害。

這也意味著電池的安全性非常好，即便有大電流與過(guò)充過(guò)放的情況發(fā)生，也毫無(wú)壓力，并不會(huì)起火或爆炸。同時(shí)使用壽命長(zhǎng)，通常用個(gè)20年也沒(méi)有問(wèn)題。

之所以將三元鋰電池與鈉硫電池禁止在中大型化學(xué)儲(chǔ)能電站中使用，便是因?yàn)榘踩珕?wèn)題。鈉硫電池核心溫度較高，外層需要防高溫材料包裹，一旦破損會(huì)造成安全事故。三元鋰電池有內(nèi)短路風(fēng)險(xiǎn)，主要是鋰晶體生長(zhǎng)造成。

動(dòng)力電池因充放電次數(shù)增加會(huì)出現(xiàn)容量快速衰減問(wèn)題，在無(wú)人值守情況下可能出現(xiàn)過(guò)充風(fēng)險(xiǎn)。相比之下，釩電池由于安全性高的緣故，比較適合與中大型儲(chǔ)能電池中的應(yīng)用。

當(dāng)然，缺點(diǎn)在于釩氧化還原技術(shù)有相對(duì)較差的體積比能量，通常只有15-40Wh/L，甚至不如鉛酸電池，這也讓釩電池設(shè)計(jì)體積都很大，基本只能做固定式的應(yīng)用。

并且釩電池對(duì)于環(huán)境溫度有較高要求，一旦溫度超過(guò)45℃，正極溶液就會(huì)析出五氧化二釩沉淀物堵塞流道，使電池?zé)o法正常工作，最終報(bào)廢。但電解液只要反應(yīng)就會(huì)放熱，因此溫度控制有難度。當(dāng)然現(xiàn)在的電解液經(jīng)過(guò)調(diào)試，可以保持在50℃以內(nèi)都不會(huì)析出沉淀物。

此外，這種電池中的釩化合物具有較強(qiáng)的毒性。相比之下，磷酸鐵鋰電池中的磷酸鐵鋰幾乎是無(wú)毒的，同時(shí)電池本身也不具有有毒重金屬或其化合物。而三元鋰電池的主要材料之一，錳酸鋰也是無(wú)毒的。

釩電池能否成為儲(chǔ)能市場(chǎng)的未來(lái)？

中國(guó)對(duì)釩電池的研究始于上世紀(jì)90年代末，到2008年，大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司成立，成為國(guó)內(nèi)首家專門從事釩電池銷售的企業(yè)，2009年，北京普能世紀(jì)科技有限公司收購(gòu)全球最大釩電池企業(yè)加拿大VRB Power System公司。

目前釩電池核心技術(shù)主要掌握在日本、中國(guó)、澳大利亞、加拿大等國(guó)。同時(shí)釩電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展也處于早期階段，具備釩電池技術(shù)的企業(yè)數(shù)量較少。

值得一提的是，中國(guó)是釩電池原材料的最大生產(chǎn)來(lái)源國(guó)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年中國(guó)釩礦產(chǎn)量達(dá)到7.3萬(wàn)噸，較2020年增加了2萬(wàn)噸，占全球產(chǎn)量的66.36%。中國(guó)釩資源儲(chǔ)量占全球39%，與產(chǎn)量同處世界第一，而鋰資源中國(guó)儲(chǔ)量占比僅為7%。

需要注意的是，盡管國(guó)內(nèi)在儲(chǔ)量及產(chǎn)量上占有優(yōu)勢(shì)，但由于釩電池產(chǎn)業(yè)還處于初級(jí)階段，因此成本較高。一方面由于運(yùn)行電流密度較低，導(dǎo)致電堆成本較高；另一方面由于釩電解液本身價(jià)格較高，加上利用率僅為60%左右，導(dǎo)致電解液成本也較高。

同時(shí)在短時(shí)儲(chǔ)能上（2小時(shí)以內(nèi)），釩電池的投資回報(bào)率是低于鋰電池的，經(jīng)濟(jì)性也較差。在4小時(shí)儲(chǔ)能中，釩電池與鋰電池經(jīng)濟(jì)性已相差不遠(yuǎn)。隨著儲(chǔ)能時(shí)間的拉長(zhǎng)，尤其是8小時(shí)以上時(shí)，釩電池的經(jīng)濟(jì)性將顯著提升并超過(guò)鋰電池。

因?yàn)殁C電池的特性，只需要增加釩電解液的容積就行，這也意味著儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)越長(zhǎng)，釩電池的單位投資成本也就越低。

目前釩電池成本達(dá)到3-3.2元/Wh，是鋰電池的2-3倍，鉛酸電池的3-5倍，其中釩電池中電解液成本約占總成本的41%。有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，未來(lái)5年內(nèi)釩電池成本將降至2元/Wh，未來(lái)十年成本降至1.3元/Wh。

麥肯錫預(yù)測(cè)，2025年全球8小時(shí)以上的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)量將達(dá)到30-40GW，2040年將達(dá)到1.5-2.5TW，也是目前全球儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)量的8-15倍。2021年，釩電池在國(guó)內(nèi)新興儲(chǔ)能中裝機(jī)占比還不足1%，有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年1-10月期間，國(guó)內(nèi)包括備案、開(kāi)工、在建、中標(biāo)、招標(biāo)等全釩液流電池項(xiàng)目規(guī)模合計(jì)達(dá)到1.3GW/5.4GWh。其中，已經(jīng)開(kāi)工、中標(biāo)、在建的項(xiàng)目合計(jì)超過(guò)2.0GWh，預(yù)計(jì)將于2023年逐步落地。

從儲(chǔ)能招投標(biāo)來(lái)看，部分2小時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目已經(jīng)配備了10%的釩電池，部分4小時(shí)及以上儲(chǔ)能的項(xiàng)目配備了50%甚至100%的釩電池。2022年上半年，在建獨(dú)立儲(chǔ)能電站中釩電池的規(guī)模已達(dá)到302MW/1104MWh，占2022年上半年在建獨(dú)立儲(chǔ)能電站4%，增長(zhǎng)迅速。

小結(jié)

釩電池的特點(diǎn)在于方便規(guī)?；?、安全性高以及壽命較長(zhǎng)，但由于系統(tǒng)效率較低，導(dǎo)致釩電池通常體積較大，并不適用于移動(dòng)，只能作為中、大型儲(chǔ)能設(shè)備使用。并且由于當(dāng)前材料成本較高，讓釩電池在中低時(shí)長(zhǎng)儲(chǔ)能領(lǐng)域中并不具備太大的經(jīng)濟(jì)效益，隨著儲(chǔ)能時(shí)間的拉長(zhǎng)，釩電池的作用便愈發(fā)凸顯。未來(lái)隨著釩電池成本的下降，或許將在中低時(shí)長(zhǎng)儲(chǔ)能市場(chǎng)中也占有一席之地。