中国储能网讯：11月24-26日，由湖南省工业和信息化厅、湖南省商务厅、长沙市人民政府、中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合主办，100余家机构共同支持的湖南（长沙）电池博览会暨第二届中国国际新型储能技术及工程应用大会在长沙圣爵菲斯大酒店召开。此次大会主题是“新能源、新机遇、新高度”。

会议期间，组委会邀请了中国科学院金属研究所研究员唐奡分享主题报告《全钒液流电池及其产业链发展》。以下是发言主要内容：

唐奡：尊敬的各位与会嘉宾，大家上午好！我是中国科学院金属研究所的唐奡，非常荣幸有机会能够参加中国国际新型储能技术及工程应用大会液流电池分会。这次由于严川伟老师临时因故无法参加本次会议，他特意嘱咐我代他向液流电池分会做PPT的报告与交流。

今天报告的题目是全钒液流电池及其产业链发展，我的报告将分为如下五个部分组成。首先简要介绍一下“双碳”战略与储能关系，然后聚焦大规模储能以及赛道技术，特别重点介绍一下钒电池技术的现状、趋势以及产业链的发展状态，最后我们还将简要的分析钒资源市场问题与解决思路。

首先，全球气候变化正在对人类社会构成巨大的威胁，全球迈进“碳中和”是气候变暖背景下的必经之路，也是地球可持续比较的必然选择，在《巴黎协定》签约5年之后，我们中国向全世界宣布要实现2030年“碳达峰”、2060年“碳中和”这一宏伟的国家目标，这不仅是我国应对气候变化的国策，也是基于科学论证的国家战略。基于可再生能源的新型电力系统是实现“双碳”战略的重要基础支撑，但是可再生能源存在着间歇性和波动性，所以配备大规模的长时储能技术是新型电力系统发展的必由之路，“双碳”战略对储能发展有哪些影响？首先确立了储能战略性支撑定位，其次，明确了储能规模，并且明确了节点目标，最后“双碳”战略要求我们必须用可靠的技术路线，储能技术必须要安全、可靠、经济，并且有可持续性。

我国目前的储能及新型储能市场规模如何？

首先我们看2030年我国风电、光伏装机量将达1800GW，占总装机的25%，而储能按照13%去匹配大概有234GW，这时候新型储能的市场规模，我们以4小时2000元每千瓦时计算大概有1万亿元。至2050年，我国风电、光伏装机规模将进一步增加到约5500GW，储能规模也将进一步扩大，总的算下来市场规模将进一步增加到5万亿元。

简单介绍了“双碳”战略和储能关系之后，我们再来看目前大规模储能技术都有哪些可以选择的储能技术路线。（图）这张图非常直观的给出了各种储能形式适合的规模与市场，从图中可以看到在小时级的长时储能赛道上，以抽水蓄能、压缩空气和应用电池技术为主是比较适合的。而锂离子电池、铅酸电池等化学储能技术更适用于中长时或短时储能技术。长时储能，或者说大规模储能技术必须具有什么样的特征？我们认为本质安全是长时储能技术必须具备的根本特征，因为储能系统的安全性将直接影响到我们电力系统的稳定性和可靠性，因此我们必须保证大规模储能技术要足够安全。除了本质安全之外，大规模储能技术还应具备哪些要求呢？首先，我们认为其技术特性必须要适合，其技术本身适合大规模储能、长时储能。其次，经济性要好，能赚钱，可以进行商业化操作与运行。基于上述要求，目前我们认为大规模储能赛道上还是以抽水蓄能、压缩空气储能和液流电池为主，当然在未来也不排出有其他新型的技术加入到储能赛道中来。

下面我们简单看一下这几种储能技术，首先是抽水蓄能，原理很简单，是用富裕的电能将下水库的水抽至上水库，在电力不足时用上水库水推动水轮机发电。它的特点比较成熟，是大规模储能，但是缺点环境要求比较高，可见资源有限，而且建设周期比较长。相比于抽水蓄能，压缩空气的原理是利用富裕的电能将空气压缩至储气室，一般是以地下洞穴为主，电力不足时将空气膨胀释放并推动发电机发电，压缩空气的储能特点，它也是一种物理储能方式，比较适合于大规模的长时储能，唯一的问题在于传统的技术效率偏低，大概在20%左右，但是目前经过新的开发，新型技术可以达到60%以上。相比于刚才说的抽水蓄能和压缩空气，液流电池技术由于水系特征本征安全，而且其容量和功率可以独立设计，寿命长。除此之外，液流电池技术经过近十年的快速发展，其技术进步非常明显，同时还有进一步提升的空间，所以是未来长时储能技术中非常具有优势的技术路线。

我们把上述三种储能技术做一个简单的比较，可以看到对于钒电池来讲，以钒电池为例，我们的系统效率大概能达到75%左右，而响应时间在毫秒到秒的级别，建设周期相对来说也较短，适合规模大概在100KW-500MWh不等，储能时间当然是越长越好，我们这里面典型的就是3-10小时为主，寿命大于20年，并且功率和容量就可以独立设计灵活性，选址还不受限制，并且技术的进步空间足够大。当然我们也看到了储能技术的需求是多层次和多样的，因此除了上述三种长时储能技术之外，目前锂电和钠离子电池也是具有各自特点的。例如锂电池它的产业链成熟、性能良好，它当然是车载动力不二选择，但由于安全性限制，比较适合较短时长的储能或者特种储能，因此可以有效来规避安全风险。而钠离子电池一定程度解决了锂电池的资源问题，但是仍有安全性的局限，因此我们认为它是比较适用于适当规模和较短的储能技术。

简单介绍一下大规模储能技术的路线，再具体聚焦一下钒液流电池技术现状与发展趋势。

对全钒液流电池而言，如果我们以电流密度作为一个代表性的指标，近十年的演化和发展大概可以分为如下几个接单。首先是10年前的时候，液流电池的运行电密大概在50毫安每平方厘米左右，经过五年的发展能达到100毫安每平方厘米。目前，我们认为普遍的电密技术可以实现150-200毫安每平方厘米电流密度的运行，我们期待未来两年之后技术进一步提升，可以进一步提升电密到300左右。就目前的指标而言，我们认为钒电池基本上达到了产业化的要求。首先其基本实现了像其他电器设备一样可以稳定运行，出问题概率比较小。其次，基本能够实现商业化操作，实现良性可持续发展。钒电池经济性能主要体现在全寿命周期，短期内钒电池可与锂电池初始投资一致，相比较之下，我们以6小时系统成本为例，我们预测在2021年左右可以低于锂电成本，以4小时系统成本预计，在明年左右可以实现成本低于锂电。钒电池储能成本要素归为三大方面，一是电堆，二是电解液，三是储能的时间，以兆瓦级的钒电池储能技术成本来估算，未来我们可以进一步提升运行电密和钒资源扩充情况下，预计度电建设成本将可以实现低于2000元每千瓦时。当钒电池储能初始建设成本与抽水蓄能相当时，其灵活性优势势必会使钒电池更具有市场发展前景与优势。

介绍完钒电池技术现状与趋势，再看目前钒电池产业链及发展状态。

（图）这张图非常完整的介绍了钒电池目前产业链的情况，大致从容量、功率和应用来做分类，容量方面主要就是电解液的制备，原料上工艺单元主要涉及到关键材料，如隔膜、双极板、电极。应用方，需要我们做BMS和PCS的设计和开发。首先我们看电解液，目前钒电池常规的电解液还是以硫酸作为支持电解液为主，也有混酸的电解液体系，拥有更高的浓度以及更宽的温度窗口。常规的电解液制备流程大致如下图所示，我们首先将这种含钒的原料提取出来之后转化，产生五氧化二钒，最后再进一步通过电解或者还原方法制备成电解液。目前也在开发短流程的工艺，目前对于经典工程来讲程度也比较高了，而短流程工艺也开始了工程化验证，整个过程成本预计有进一步的下降空间，大概在20-30%左右。对于离子膜来讲，目前分为两大类型，第一个是筛分膜，以多孔膜为主，主要依靠孔径选择性阻隔钒离子，而使得氢离子可以自由通过。另一种就是常见的离子膜，以质子交换膜为主，靠膜结构中官能团和离子簇进行传导氢离子，主要就是下面的全氟磺酸离子膜。全氟磺酸离子膜它的成膜工艺大家也比较熟悉了，主要是要有四氟乙烯，最后通过溶液浇铸产生膜的产品。目前树脂合成也可以基本实现国产化，并且膜制备实现了连续化的批量生产。除了膜和电解质之外，双极板也是电堆制造过程中重要的部分材料，双极板材料可以大概分为两大类，一个是基于片层石墨，它的特性是导电性好，加工工艺不适合高效率的制造。另外一种就是比较常见的碳塑复合材料。它导电性偏弱，但是比较适合于大批量的高效生产，成本相对比较低，当前的产品其实工艺完全可以满足现有产业化的需求，未来技术发展可能需要进一步考虑，开发相应的高性能的双极板结构。

电极材料可以说是我们电堆最重要的核心材料部件。目前电极材料还是以聚丙烯腈石墨毡为主，其他多孔材料也具有一定可行性，但是需要依托需求进行相应的开发。目前，我们在制备石墨毡，或者说电极的过程中，第一步的“预氧化丝”是受到国外控制，受控于国外。第二步的“原毡针刺”基本上可以实现国产化，后面的几个步骤，碳化、石墨化和活化是目前国内的电极厂商能够完全实现的。当前产品工艺也是完全可以满足现有产业化的需求，未来我们希望可以进一步打通上游工艺技术环节，对整个电池行业起到更积极的促进作用。

总结一下，可以看到在整个产业链上有如下这些企业，比如说以电堆和系统集成为主的，像我们耳熟能详的融科、普能、伟力得、大力电工、上海电气、南瑞、国家能源集团、信心钒钛、寰泰储能、杭州德海艾科、开封时代等等。双极板，像威海南海、博融材料、辽宁科京等等为主。隔膜是以科润，包科京新材料、国润、东岳等为主。电极目前国内制备生产的企业比较少一些，目前还是以辽宁金谷和四川润生为主。电解液包括像川威集团、攀钢集团、博融新材料、湖南汇峰、银峰、平凡矿业等等。

最后，我们再来看一下对于目前产品优化技术的原则是什么，可以说在未来的发展过程中，我们首要的目标是实现高电密下高效运行。核心是降内阻，或者说降极化来提高效率，以及提高溶液的使用率，内阻大概可以分为这几大方面，一个是欧姆极化，一个活化极化，一个是浓差极化，这些极化都跟材料相关，所以未来我们还需要在材料的设计，或者是材料的优化上做进一步的工作。此外，能量效率及影响因素包括膜的渗透、副反应等等，包括利用率的情况，也是跟充放电的工作机制相关，未来不光是需要有更高性能的材料，还需要进一步优化电池充放电的运行条件，从而实现整体性能的提高。

介绍完了产业链及发展状态之后，最后再来看钒资源及市场问题与解决思路。

目前钒的产业规模大致如上图所示，以中国为例，这两年都是生产13万吨，消耗13万吨左右。来源途径分三大类，第一是钒渣，就是以钒钛磁铁矿为主的。第二是原矿，包括像石煤等等。还有固废，重油灰、废催化剂等等。在现在的“双碳”战略钒需求量到底是什么样的？我们简单做了一个估算，以新增储能121GW的20%为例作为估算的情况下，我们得出了到2030年需要年均数万吨的规模，到2050年按照新增储能660GW的20%来计算，大概需要24万吨每年。

钒资源，通过分析我们发现，我们完全足以支撑未来几年的发展，因为我们全球的钒储量1.1亿吨，中国基本上占了47%。此外，还有丰富的石煤矿钒资源，所以我们认为未来的钒资源足够支撑产业化的发展，提钒成本未来也将不是主要的因素，因为目前来看，钒电池产业约束钒价小于10万元每吨，石煤提钒可以在5-8万元每吨，钒渣提钒可以低于上述两种技术路线，因此提钒成本完全可以满足上游和下游的商业化运行。目前在国内钒市场是什么样的特点？我们认为还是钢铁的江湖，钢铁副产85%的钒，消费了90%的钒资源。具体来讲，首先钒资源作为合金元素，它对提高钢材性能作用明显可靠，所以需求是刚性的，市场非常稳定。此外，它形成闭环，自成江湖。再就是对于用户端的价格不敏感，因为作为合金元素添加量很小，所以对钒的价格波动不是很敏感，最后产量受制于钢铁产能的绑定，不易进行市场大幅调整钒产量。因此我们发现现阶段的钒市场与钒电池产业有点不太兼容。首先是价格敏感度上，钒电池储能因钒成本占比大，对钒价非常敏感；二是受钢铁产能捆绑，难以为钒电池储能供应足够的钒。如果一启动大量钒电池的项目，钒价就会随之迅速上涨。

如何去解决这一问题呢？我们认为还是要继续拓展钒源，最终形成可以容纳钒电池储能大市场。可以从原矿开发，尤其是石煤钒的开发，以及固废，含钒服废物的开发利用。对上述的内容做个简单小结，钒电池技术与成本已经接近，并且满足商业化的发展要求，并且已经形成了比较完整的产业链。钒资源目前也足够丰富，我们认为未来足够支撑钒电池储能的发展。目前产业链的挑战在于钒电池市场与钒电池储能产业的不兼容，难以有效支撑产业启动和发展，是目前产业链中最薄弱的环节。如何应对上述这些挑战？我们给出如下两个建议：1.建立钒资源大市场，这是根本性战略，要对更多资源进行开发，特别是石煤钒，来构建广泛来源的钒资源大市场，解决钒市场的供应问题。2.产业化初期策略，就是钒电池的启动策略，我们要尽可能拥有钒，钒电池储能开发商目前需要掌握钒资源，或自己拥有，或采取战略合作方式来进行运作，以保证产业化向前进一步推进。

以上就是我今天报告的所有内容，感谢各位嘉宾，谢谢大家！