“釩電池”已經(jīng)處于大爆發(fā)的前夜

2015年，有一篇名為《一個(gè)人民還蒙在鼓里的鋰電池陰謀》的文章曾在網(wǎng)絡(luò)上廣泛流傳，文章借中科院院士盧強(qiáng)之口，宣稱(chēng)中國(guó)的鋰電池是受美國(guó)人“忽悠”，“完全失敗”，“全面巨虧”。一時(shí)間業(yè)界大為震動(dòng)，許多業(yè)內(nèi)學(xué)者和企業(yè)技術(shù)專(zhuān)家們站出來(lái)反駁。

事后，盧強(qiáng)院士也公開(kāi)辟謠，表示自己確實(shí)抨擊了鋰電池技術(shù)路線(xiàn)，不過(guò)說(shuō)的不是動(dòng)力電池，而是儲(chǔ)能電池。

六年過(guò)去了，中國(guó)動(dòng)力鋰電池已經(jīng)用實(shí)際行動(dòng)證明了自己“全面盈利”“完全成功”，但是在儲(chǔ)能領(lǐng)域，鋰電池已不復(fù)當(dāng)年之勇，一條更年輕的技術(shù)路線(xiàn)——全釩液流電池，已經(jīng)初現(xiàn)強(qiáng)者風(fēng)范。

邊緣角色

全釩液流電池是一種基于金屬釩元素的氧化還原可再生燃料電池，液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)可以通過(guò)更換電解液實(shí)現(xiàn)“瞬間再充電”。

相比于鈉硫電池和鋰離子電池，釩液流電池容量更大、更安全環(huán)保、循環(huán)壽命更長(zhǎng)、能量轉(zhuǎn)換效率高，早在十幾年前就它被認(rèn)為是儲(chǔ)能中的“希望之星”，是未來(lái)儲(chǔ)能技術(shù)的首選技術(shù)。

▲儲(chǔ)能電池比較

然而，為什么這個(gè)看起來(lái)完美的儲(chǔ)能方案，好像一直都沒(méi)有在商業(yè)領(lǐng)域獲得應(yīng)有的關(guān)注呢？

概括來(lái)說(shuō)，一是技術(shù)難、能量低，二是成本高、價(jià)格貴。

釩電池尚未能大規(guī)模商業(yè)化受限于其自身特點(diǎn)。

首先，釩電池能量密度低，且體積大不易搬運(yùn)——同樣能量釩電池所占體積是鋰電池的3-5倍，質(zhì)量也差不多是鋰電池的三倍。又大又重的釩電池自然很難像鋰電池般萬(wàn)金油，無(wú)論是用在手機(jī)還是新能源車(chē)，釩電池都不討喜。

其次，釩電池對(duì)環(huán)境溫度要求苛刻——工作環(huán)境被限制到最高45℃，一旦高于這個(gè)溫度，正極溶液中就將析出沉淀物堵塞流道，最終會(huì)影響煙囪工作，使其報(bào)廢。但是電解液只要反應(yīng)就在放熱，很容易讓溫度超過(guò)這個(gè)閾值。

第三，正負(fù)液的交叉污染和正極材料的腐蝕時(shí)有出現(xiàn)——離子交換膜技術(shù)還有未能攻克的難題，很多時(shí)候釩電池的維護(hù)需要依靠專(zhuān)業(yè)人士定期人工操作。

進(jìn)一步看，阻礙釩電池普及的更關(guān)鍵原因則是成本。

目前釩液流電池成本達(dá)3-3.2元/Wh，是鋰電池的2-3倍，鉛酸電池的3-5倍。釩電解液成本約占總成本的41％，其中主要成本用在五氧化二釩，而過(guò)去一年釩價(jià)經(jīng)歷了較為明顯的上漲。

▲過(guò)去一年釩價(jià)走勢(shì)

基于全釩液流電池的特點(diǎn)，其一開(kāi)始即定位于大規(guī)模儲(chǔ)能，承擔(dān)電網(wǎng)削峰填谷、棄風(fēng)棄電利用的功能。因此釩電池被叫了十幾年“希望之星”，也還是在新能源領(lǐng)域扮演著相對(duì)邊緣的角色。

新“釩”爾賽

釩電池終于要迎來(lái)出頭之日了。

首先是在洶涌而至的新能源和儲(chǔ)能大潮中，鋰電難以維持霸主地位。

今年4月以來(lái)，鋰電在儲(chǔ)能裝機(jī)容量中占比已趨于下降，整個(gè)市場(chǎng)增量已轉(zhuǎn)向液流電池。

▲釩液流電池裝機(jī)預(yù)期

安全性、使用壽命這些方面暫且不提，單說(shuō)原料供應(yīng)，鋰電池就輸了釩電池一大截。

鋰電發(fā)展一片紅火，實(shí)際上，新增鋰資源的開(kāi)發(fā)已經(jīng)跟不上需求的增長(zhǎng)。而中國(guó)作為世界最大鋰消費(fèi)國(guó)，原料自產(chǎn)率僅僅略高于10%，且鋰礦的品質(zhì)較差。

近兩年，新能源帶來(lái)的鋰電池需求爆發(fā)性增長(zhǎng)，鋰電池原料價(jià)格一路攀升，上游鋰資源價(jià)格大幅上漲，鋰礦拍賣(mài)價(jià)格屢創(chuàng)新高。不想被斷供的中國(guó)鋰電企業(yè)，甚至不得不在全球的資源爭(zhēng)奪中跟自己人也“劍拔弩張”。本月，鋰電池生產(chǎn)企業(yè)寧德時(shí)代就和贛鋒鋰業(yè)在海外展開(kāi)對(duì)加拿大千禧鋰業(yè)的爭(zhēng)奪，戰(zhàn)況異常激烈。

在釩礦供給上，中國(guó)卻稱(chēng)得上大戶(hù)人家。

全球99%的釩礦儲(chǔ)藏在四個(gè)國(guó)家，分別是：中國(guó)、俄羅斯、南非和澳大利亞。我國(guó)是釩第一大生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，也是世界釩資源最多的國(guó)家，中國(guó)自己就占全球儲(chǔ)量的46.9%。因此相比于鋰電池要去四處找原料，中國(guó)發(fā)展釩電池根本不用看其他國(guó)家臉色。

其次，釩電池近年來(lái)在技術(shù)上接連取得突破，為商業(yè)化掃除了障礙。

大連化物所、中科院通過(guò)與地方企業(yè)合作，接連攻克了電解液、系統(tǒng)集成等諸多關(guān)鍵技術(shù)難題，大連化物所通過(guò)開(kāi)發(fā)可焊接多孔離子傳導(dǎo)膜，使得電堆膜材料的使用面積下降30%、電堆的總成本下降40%。

相比于早期釩電池，我國(guó)目前能夠生產(chǎn)的全釩液流電池在儲(chǔ)能系統(tǒng)效率、核心元件成本控制、定制化開(kāi)發(fā)等方面已經(jīng)處于國(guó)際第一梯隊(duì)。

2020年，全釩液流電池項(xiàng)目已相繼在我國(guó)新疆、福建、遼寧等地區(qū)落地投運(yùn)。如果回顧鋰電的發(fā)展歷史，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，一旦形成規(guī)模化的應(yīng)用，電堆、電解液的成本都會(huì)逐漸開(kāi)始下降，而成本的下降又會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)張，直至達(dá)到平衡狀態(tài)。而釩電池的規(guī)模化進(jìn)程已經(jīng)近在眼前。有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)5年內(nèi)釩電池成本將降至2元/Wh，十年內(nèi)降至1.3元/Wh。

▲釩電池和鋰電池的成本趨勢(shì)

第三，政策助力下，國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能行業(yè)騰飛的大趨勢(shì)已經(jīng)勢(shì)不可擋。

今年出臺(tái)的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出，堅(jiān)持儲(chǔ)能技術(shù)多元化目標(biāo)：液流電池等長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展初期；到2025年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能從商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展轉(zhuǎn)變，裝機(jī)規(guī)模達(dá)30GW以上；到2030年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展。

2020年國(guó)內(nèi)液流電池儲(chǔ)能裝機(jī)容量3兆瓦，今年則可能達(dá)到150兆瓦，占到今年新增電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)容量的10%左右。有媒體估計(jì)，全釩液流電池為代表的液流電池市場(chǎng)占比將從目前10%逐漸提高到30%至40%的水平。

技術(shù)大突破、儲(chǔ)量特別多、成本還在降……儲(chǔ)能行業(yè)真的很“釩”爾賽。

誰(shuí)將脫穎而出

由于釩電池的大規(guī)模商業(yè)化僅僅在起步階段，因此，目前市場(chǎng)上的與釩電池能挨得上關(guān)系的企業(yè)屈指可數(shù)。

目前，在釩上游原料供應(yīng)環(huán)節(jié)，國(guó)內(nèi)五大釩生產(chǎn)企業(yè)分別為攀鋼釩鈦、河鋼承鋼、建龍?zhí)劁摗⒋ㄍ瘓F(tuán)和德勝釩鈦，市場(chǎng)占有率合計(jì)超過(guò)80%。

其中攀鋼釩鈦旗下?lián)碛腥蜃畲蟮拟C磁鐵礦，釩制品市占率全球第一，且釩產(chǎn)業(yè)收入占比超過(guò)50%，在原材料供應(yīng)企業(yè)中最值得關(guān)注。

▲攀鋼釩鈦生產(chǎn)線(xiàn)

國(guó)內(nèi)釩電池生產(chǎn)企業(yè)中的上市公司包括國(guó)網(wǎng)英大和上海電氣。

國(guó)網(wǎng)英大子公司武漢南瑞自2010年起開(kāi)展全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)研究，目前正積極與江蘇省電力公司推進(jìn)全釩液流電池儲(chǔ)能電站示范項(xiàng)目落地。武漢南瑞的技術(shù)實(shí)力處于國(guó)內(nèi)第一梯隊(duì)，但是目前還屬于應(yīng)用研究及項(xiàng)目小范圍試用推廣階段，釩電池營(yíng)收占比很小。

上海電氣釩電池業(yè)務(wù)由其子公司上海電氣儲(chǔ)能公司負(fù)責(zé)，技術(shù)由上海電氣中央研究院提供。

公司目前已推出兆瓦級(jí)全釩液流電池，負(fù)責(zé)建設(shè)的國(guó)電投集團(tuán)黃河上游水電公司液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目、常德10kW/60kWh液流儲(chǔ)能系統(tǒng)等即將實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，汕頭智慧能源全釩液流電池儲(chǔ)能電站已于今年上半年順利通過(guò)驗(yàn)收。

據(jù)上海電氣2021年半年報(bào)，上海電氣新增儲(chǔ)能設(shè)備訂單人民幣28.8億元，同比增長(zhǎng)145.0%；報(bào)告期末，公司在手儲(chǔ)能設(shè)備訂單人民幣30.8億元，比上年年末增長(zhǎng)78.7%。

盡管技術(shù)領(lǐng)先，但國(guó)內(nèi)全釩液流電池儲(chǔ)能處于商業(yè)化運(yùn)行前期，無(wú)論是國(guó)網(wǎng)英大還是上海電氣，液流電池業(yè)務(wù)都還在探索嘗試階段。

非上市公司中，北京普能、上海神力、山西金能世紀(jì)、大連融科等也在釩液流電池研發(fā)和商業(yè)化探索上頗具野心，同時(shí)，其他電池廠(chǎng)商是否會(huì)在未來(lái)強(qiáng)勢(shì)介入釩電池市場(chǎng)也未為可知。不過(guò)，當(dāng)參與的競(jìng)爭(zhēng)廠(chǎng)商越來(lái)越多，才能代表著釩電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域真正翻身上位。

▲圖源：買(mǎi)車(chē)網(wǎng)

2007年?yáng)|京車(chē)展上，斯巴魯展出了一款綠色環(huán)保概念電動(dòng)車(chē)車(chē)G4e，其最大的宣傳點(diǎn)就是動(dòng)力采用的是釩制作的新型電池，宣傳材料中斯巴魯稱(chēng)這種鋰離子電池中的釩材料能夠貯存?zhèn)鹘y(tǒng)材料2至3倍的能量，用于正極，電池能量密度可達(dá)同等重量錳鋰離子電池的兩倍。

十四年過(guò)去，電動(dòng)汽車(chē)的主流盡管還是鋰電池，但是釩電池也終于能夠獨(dú)當(dāng)一面了。隨著參與的競(jìng)爭(zhēng)廠(chǎng)商越來(lái)越多，全釩液流電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域真正翻身上位的時(shí)刻，也許就在不遠(yuǎn)處。