打破“短寿”困境，储能崛起后液流电池频繁“走红”，这种电池前景最大

2022-07-07 18:00:02  信息编号：K222477  浏览次数：1019

中科院旗下金属研究所对锌基液流电池研究取得进展，有效解决锌基电池长效循环问题。

中科院：锌基液流电池研究取得进展

据中科院消息，中科院金属研究所在高性能锌基液流电池领域取得进展，研究人员在深入理解碘氧化还原反应机制的基础上，提出了一种基于聚碘络合物的碘正极溶液，有效解锁了碘正极容量，实现了锌碘液流电池的高能长效循环运行。

此外，他们以锌负极界面电化学行为调控为切入点，在锌负极电解液中引入烟酰胺，有效避免了锌枝晶并显著提升了锌负极沉积溶解反应可逆性，组装的锌铁液流电池实现了高效稳定运行。

报道称，改进后的锌碘液流电池放电容量显著提升了58%，在70%能量效率下稳定循环600圈，为开发高性能锌碘液流电池提供了新的途径。改进后的锌铁液流电池性能显著增强，充放电循环400次无明显容量衰减，循环寿命提升了100%，为高性能锌基液流电池开发提供了技术支撑。

打破循环寿命差的瓶颈

锌基液流电池是三种主要液流电池中的一种，其他还有钒液流电池、铁铬液流电池。目前，钒液流电池成熟度最高，商业化进程最快；锌基液流电池等其他电池体系还处于研发和商业化初期。

锌基液流电池相比其他电池，具有成本低、能量密度高、安全性好、环境友好等优点，在大规模储能领域具有较好的应用前景。

不过，锌基液流电池在长循环过程中，电解液中的反应物离子更容易扩散至电极表面的凸起处，形成锌枝晶，锌枝晶的不断生长会刺破隔膜，最终导致电池短路失效。因此，锌基液流电池必须解决锌枝晶形成和生长的问题，才能实现真正的应用。

中科院此次公布的两项锌基液流研究成果，就是针对锌沉积形貌的有效调控，解决锌枝晶的形成和生长问题，实现锌基液流电池长效循环运行。

液流电池为啥突然香了？

7月4日，液流电池概念股火了。其中攀钢钒钛、国网英大涨停。尤其是攀钢钒钛已经是两连板了，今日收盘涨停板封单超过32万手。6月以来这只股票累计涨幅达到37.31%，格外引人瞩目。

实际上，背后的支撑早前就已经明确。国家发改委、国家能源局印发的《"十四五"新型储能发展实施方案》明确，开展钠离子电池、新型锂离子电池、铅炭电池、液流电池等关键核心技术、装备和集成优化设计研究。政策已明确液流电池同样是新型储能未来发展方向之一。

此外，国家能源局官网近日还发布了《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2022年版）（征求意见稿）》，文件对新兴的电化学储能技术的安全性提出了具体要求，明确将三元锂离子电池、钠硫电池从中大型电化学储能可选方案中剔除。

作为国家能源局批准建设的首个**大型化学储能示范项目，目前大连液流电池储能调峰电站正在进行最后的电池单体调试和系统调试阶段，即将在今年8月正式投入商业运行。

资料显示，全钒液流电池采用水系电解液，活性材料的反应温和，无爆燃风险，具有原理层面的本征安全性。

全钒液流电池的充放电是均相反应，不涉及复杂的固态相变，不会由于电极材料的应变而导致容量衰减，可深度、大电流充放电而不易损伤电池，循环寿命可达16000次以上，理论运行寿命为20-30年。

什么是液流电池？液流电池是由Thaller于1974年提出的一种电化学储能技术，是一种新的蓄电池。

液流电池由点堆单元、电解液、电解液存储供给单元以及管理控制单元等部分构成。

这种电池是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，具有容量高、使用领域（环境）广、循环使用寿命长的特点，是一种新能源产品。

液流电池种类较多，根据电极活性物质的不同，可分为全钒液流电池，锌溴液流电池、锌铁液流电池等锌基液流电池和铁铬液流电池等体系。

其中，全钒液流电池成熟度最高，商业化进程最快。锌基液流电池等其他电池体系还处于研发和商业化初期。

钒电池市场前景空间广阔

钒电池全称全钒氧化还原液流电池，是一种以钒为活性物质呈循环流液态的氧化还原电池。其最大的优点是正负极氧化还原电对使用同种元素钒，电解液在长期运行过程中可再生，避免了交叉污染带来的电池容量难以恢复的问题。这种电池电化学反应动力学良好，在无外加催化剂的情况下即可达到较高的功率密度，而且运行过程中无明显析氢、析氧副反应，具有优良的可靠性。

其实钒电池并非是什么新生事物，早在上世纪70年代就有人提出了原理。上世纪80年代中期，澳大利亚的Maria教授做出了钒电池，并申请了专利，这算是钒电池的正式诞生。

我国对全钒液流电池的基础研究也起步较早。20世纪80年代末开始研究全钒液流电池技术，中国地质大学及北京大学都建立了全钒液流电池的实验室模型。中国工程物理研究院研制了碳塑电极并开展了全钒液流电池正极溶液的浓度及添加剂对正极反应的影响，1995年研制出样机，拥有电解质溶液制备、导电塑料成型等专利。

特别在近年“双碳”大背景下，全钒液流电池储能系统在以新能源为主体的新型电力系统的价值逐渐被业界重视，全钒液流电池产业化获得国内企业的高度关注。而且全钒液流电池技术已得到了长足的发展，进入大规模商业示范运行和市场开拓阶段。

随着钒电池储能项目取得显著进展，2021年我国储能市场已出现拐点迹象，钒电池厂家收到的意向订单明显增多。以钒电池为代表的液流电池，2019年装机规模为20MW（兆瓦），2020年达到100MW，钒电池装机量增长迅速。但就目前而言我国钒电池渗透率仅为1%左右，未来市场空间极为广阔。

有专家表示，钒电池技术和成本的“天花板”还很高，需要加快技术提升和产业规模壮大速度，快速满足市场要求。业内人士预测，钒电池储能将会在未来五年中出现第一阶段的爆发期，预期2025年钒电池在储能领域渗透率有望达到15%-20%，到2025年中国钒液流电池储能新增14.2GWh，装机功率3.5GW，渗透率20%，对应市场规模297亿元。

还有关键的一点是，与锂资源不同，我国是钒资源大国，储量居世界首位。2020年中国钒矿产量占全球钒矿总产量的61.63%。钒电池的发展使得国家能源安全有保障，定价权掌握在自己手里。

多家上市公司布局钒电池领域

钒电池的持续火热引来市场的关注目光。近几日，钒电池概念引领了A股涨幅榜，一些钒电池概念股持续活跃，市场人士也纷纷开始关注起在钒电池领域有所布局的上市公司。

目前，很多A股上市公司均在钒电池领域有所布局，以近期已走出“四连板”的攀钢钒钛为例，公司算是我国钒金属和钒电池领域里的领军者。

公开资料显示，攀钢钒钛依托全球最大钒钛磁铁矿，钒工业位居全球领先地位。具备年开采钒钛磁铁矿3350万吨，年产铁精矿1200万吨、钛精矿90万吨的能力，在钒钛磁铁矿资源综合利用方面已处于世界领先水平。

从技术方面来说，攀钢钒钛托管的攀研技术掌握了钒电解液的生产技术，拥有一条电解液试验线并且具备继续扩大钒电解液生产规模的实力。目前还与融科技术、恒流公司签订了“全钒液流电池用钒储能介质委托加工协议”。攀钢钒钛表示，未来将努力与钒储能产业链企业加强联系合作，主动融入钒电池储能产业链。

此外，其他在钒金属或钒电池领域布局的还包括下列企业：

金浦钛业：主营业务钛白粉生产和销售，主要产品是钛白粉，同时也是国内最大的产钒企业。公司具有纵向一体化的协同优势，可以实现钒钛产业链与钢铁产业链的互动。

河钢股份：在钒钛冶炼和钒产品生产技术方面处于世界领先地位，拥有世界首条“亚熔盐法高效提钒清洁生产线”。

安宁股份：主要业务为钒钛磁铁矿的开采、洗选和销售，主要产品为钒钛铁精矿、钛精矿。公司是国内重要的钛精矿供应商及龙头企业。

易成新能：全钒液流电池项目由参股孙公司开封时代新能源科技有限公司负责筹建，项目目前已完成备案、环评手续。此项目建设周期为7个月，总投资19421.65万元，项目建成后，可实现全钒液流电池电堆300MW/年的生产规模。

西部矿业：公司近日在互动平台上表示，拥有五氧化二钒的保有资源储量64.81万吨，五氧化二钒主要用于钢材的添加剂和陶瓷、钒电池等。

国泰君安认为，“双碳”背景下，与清洁能源匹配的储能行业将迎来快速发展。此外，政策端对储能安全性要求将进一步调高，钒电池以其自身安全、环保、超长循环次数等特性，在新的政策背景下，将成为电化学储能的重要组成部分。伴随钒电池需求的上升，钒资源供给或逐渐趋紧。在此背景下，深耕钒电池领域，并拥有资源优势的企业将充分受益。