能否取代鋰電池，釩電池成儲能行業(yè)最優(yōu)選擇？

電子發(fā)燒友網報道（文/黃山明）近幾年，隨著新能源行業(yè)的興起，尤其是光伏、風能等產業(yè)的不斷擴張，對于儲能的需求與日俱增。當前儲能市場處于擴張期，各大企業(yè)都在緊鑼密鼓搶占市場，而搶占市場的關鍵便是尋找更具性價比的技術。

市場中儲能電池路線選擇非常豐富，包括鉛酸電池、鋰離子電池、超級電容、鈉硫電池、釩電池等等。不過在今年，國家能源局發(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儲能方案中剔除。同時，釩電池開始進入到國家級大型化學儲能示范項目當中，這意味著釩電池的春天到來了嗎？

特點鮮明的釩電池

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，通過采用不同氧化態(tài)的釩離子來儲存化學勢能。目前大多用于電網儲能，例如連接到發(fā)電廠或電網中。

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

釩電池的優(yōu)點在于，方便規(guī)?；姵氐娜萘客耆Q于儲罐的大小，既可以做到微波爐那么大，也能做到小型別墅那么大，電池容量幾乎沒有上限。

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

這也意味著電池的安全性非常好，即便有大電流與過充過放的情況發(fā)生，也毫無壓力，并不會起火或爆炸。同時使用壽命長，通常用個20年也沒有問題。

之所以將三元鋰電池與鈉硫電池禁止在中大型化學儲能電站中使用，便是因為安全問題。鈉硫電池核心溫度較高，外層需要防高溫材料包裹，一旦破損會造成安全事故。三元鋰電池有內短路風險，主要是鋰晶體生長造成。

動力電池因充放電次數增加會出現容量快速衰減問題，在無人值守情況下可能出現過充風險。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能電池中的應用。

當然，缺點在于釩氧化還原技術有相對較差的體積比能量，通常只有15-40Wh/L，甚至不如鉛酸電池，這也讓釩電池設計體積都很大，基本只能做固定式的應用。

并且釩電池對于環(huán)境溫度有較高要求，一旦溫度超過45℃，正極溶液就會析出五氧化二釩沉淀物堵塞流道，使電池無法正常工作，最終報廢。但電解液只要反應就會放熱，因此溫度控制有難度。當然現在的電解液經過調試，可以保持在50℃以內都不會析出沉淀物。

此外，這種電池中的釩化合物具有較強的毒性。相比之下，磷酸鐵鋰電池中的磷酸鐵鋰幾乎是無毒的，同時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，錳酸鋰也是無毒的。

釩電池能否成為儲能市場的未來？

中國對釩電池的研究始于上世紀90年代末，到2008年，大連融科儲能技術發(fā)展有限公司成立，成為國內首家專門從事釩電池銷售的企業(yè)，2009年，北京普能世紀科技有限公司收購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主要掌握在日本、中國、澳大利亞、加拿大等國。同時釩電池產業(yè)鏈發(fā)展也處于早期階段，具備釩電池技術的企業(yè)數量較少。

值得一提的是，中國是釩電池原材料的最大生產來源國。據統計，2021年中國釩礦產量達到7.3萬噸，較2020年增加了2萬噸，占全球產量的66.36%。中國釩資源儲量占全球39%，與產量同處世界第一，而鋰資源中國儲量占比僅為7%。

需要注意的是，盡管國內在儲量及產量上占有優(yōu)勢，但由于釩電池產業(yè)還處于初級階段，因此成本較高。一方面由于運行電流密度較低，導致電堆成本較高；另一方面由于釩電解液本身價格較高，加上利用率僅為60%左右，導致電解液成本也較高。

同時在短時儲能上（2小時以內），釩電池的投資回報率是低于鋰電池的，經濟性也較差。在4小時儲能中，釩電池與鋰電池經濟性已相差不遠。隨著儲能時間的拉長，尤其是8小時以上時，釩電池的經濟性將顯著提升并超過鋰電池。

因為釩電池的特性，只需要增加釩電解液的容積就行，這也意味著儲能時長越長，釩電池的單位投資成本也就越低。

目前釩電池成本達到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%。有機構預測，未來5年內釩電池成本將降至2元/Wh，未來十年成本降至1.3元/Wh。

麥肯錫預測，2025年全球8小時以上的長時儲能累計裝機量將達到30-40GW，2040年將達到1.5-2.5TW，也是目前全球儲能系統裝機量的8-15倍。2021年，釩電池在國內新興儲能中裝機占比還不足1%，有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

據統計，2022年1-10月期間，國內包括備案、開工、在建、中標、招標等全釩液流電池項目規(guī)模合計達到1.3GW/5.4GWh。其中，已經開工、中標、在建的項目合計超過2.0GWh，預計將于2023年逐步落地。

從儲能招投標來看，部分2小時儲能項目已經配備了10%的釩電池，部分4小時及以上儲能的項目配備了50%甚至100%的釩電池。2022年上半年，在建獨立儲能電站中釩電池的規(guī)模已達到302MW/1104MWh，占2022年上半年在建獨立儲能電站4%，增長迅速。

小結

釩電池的特點在于方便規(guī)?；踩愿咭约皦勖^長，但由于系統效率較低，導致釩電池通常體積較大，并不適用于移動，只能作為中、大型儲能設備使用。并且由于當前材料成本較高，讓釩電池在中低時長儲能領域中并不具備太大的經濟效益，隨著儲能時間的拉長，釩電池的作用便愈發(fā)凸顯。未來隨著釩電池成本的下降，或許將在中低時長儲能市場中也占有一席之地。