液流電池行業(yè)市場(chǎng)分析

液流電池：研究歷史悠久，技術(shù)實(shí)踐多元

液流電池的定義

液流電池一種利用兩種或多種溶解在液體中的活性物質(zhì)在膜兩側(cè)進(jìn)

行氧化還原反應(yīng)來儲(chǔ)存和釋放能量的裝置。在液流電池結(jié)構(gòu)中，外部

有兩個(gè)存放正負(fù)極電解液的儲(chǔ)罐，電解液由氧化還原電活性物質(zhì)溶解

在溶劑中形成。當(dāng)電解液在泵的作用下輸送到電極表面時(shí)，氧化還原

電解質(zhì)分子得到或失去電子，從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。因?yàn)檫@種獨(dú)特電

池結(jié)構(gòu)，液流電池具有能量和功率解耦控制的特點(diǎn)，儲(chǔ)罐中電解液的

體積和電解質(zhì)濃度決定電池能量，電堆數(shù)量和電堆中的電極面積決定

電池功率。以最早被提出的鐵/銘液流電池為例，電池在正/負(fù)級(jí)分別

采用Fe2+/Fe3+和Cr2+和Cr3+電對(duì)，采用鹽酸作為支持電解質(zhì)，水

作為溶劑。電池正、負(fù)極之間用離子交換膜隔開，電池充、放電時(shí)由

H+通過離子交換膜在正、負(fù)電解液間的電遷移而形成導(dǎo)電通路。放

電時(shí).，正極發(fā)生反應(yīng)Fe3++e-Fe2+,負(fù)極發(fā)生反應(yīng)Cr2+-Cr3++e?,

合并反應(yīng)可以寫為Fe3+Cr2+-Fe2++Cr3+。

液流電池的歷史

液流電池的發(fā)展可以粗略劃分為早期發(fā)展、研發(fā)示范及初步商業(yè)化兩

個(gè)階段。1884?1973年是液流電池的早期發(fā)展階段，不同國(guó)籍的科學(xué)

家分別進(jìn)行初步研究實(shí)踐，但并未明確提出液流電池概念；1974年

后，美國(guó)科學(xué)家正式提出液流電池概念，隨后美國(guó)、日本等各國(guó)科學(xué)

家開始對(duì)液流電池進(jìn)行研究，發(fā)展出多種液流電池體系，并在20世

紀(jì)末期逐步開展示范應(yīng)用。經(jīng)過多年的驗(yàn)證與淘汰，鋅澳液流電池和

全機(jī)液流電池開始商'也化，全機(jī)液流電池的商業(yè)化進(jìn)程更加趨前。

圖2：Kangr。與Pieper發(fā)明的Ti/Fe液流電池裝置（1958年）

早期發(fā)展（1884-1973年）o液流電池最早出現(xiàn)于1884年，法國(guó)工

程師CharlesRenard發(fā)明了鋅一氯液流電池,并用作其飛艇“LaFrance”

的動(dòng)力源，電池整體重量435kg,占飛艇總重的35%,因?yàn)橹亓枯^

大、效率低下、續(xù)航時(shí)間短，后續(xù)沒有進(jìn)行進(jìn)一步應(yīng)用。1933年，

法國(guó)工程師Pissoort在一項(xiàng)專利中提及將機(jī)在不同的氧化狀態(tài)作為

電池的想法，但并沒有進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。1949年，德國(guó)科學(xué)家Kangro

提交專利“電力儲(chǔ)存方法”，其中提供了液流電池的歷史上首個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)

果。專利中涉及硫酸中的Cr2+/Cr3+〃Cr3+/Cr（IV）體系，該體系發(fā)生

反應(yīng)時(shí)儲(chǔ)存介質(zhì)無相變，同時(shí)僅使用一種元素作為活性物質(zhì)。同時(shí)提

到了鎰和銳等幾種氧化態(tài)鋁的替代品，并展示了鈦基體系

Ti3+/Ti4+//CI-/CI2,其中的CI2溶于CCI4中。1958年，Kangro的

學(xué)生Pieper在其論文中對(duì)液流電池可能的活性材料進(jìn)行了探索，井

設(shè)計(jì)了11種不同的液流電池，電極均采用石墨材料。1963年，西屋

電氣為一種鋅浪液流電池的復(fù)合申請(qǐng)了專利。

研發(fā)示范及初步商業(yè)化（1974?至今）。進(jìn)入20世紀(jì)中期，在美國(guó)

航空工業(yè)大發(fā)展的背景下，NASA開始研究液流電池，主要目的是用

十月球基地的太陽(yáng)能儲(chǔ)電系統(tǒng)，首要考慮電池的安全性、效率和運(yùn)行

壽命，而成本則為次要因素，美國(guó)科學(xué)家于20世紀(jì)70年代初期首

次提出具有實(shí)際意義的液流電池詳細(xì)模型。1979年，第二次石油危

機(jī)爆發(fā)使大多數(shù)國(guó)家認(rèn)識(shí)到了化石燃料能源體系無法保持長(zhǎng)期穩(wěn)定，

因此各國(guó)開始轉(zhuǎn)變長(zhǎng)期能源戰(zhàn)略并開發(fā)新能源技術(shù)，以美國(guó)、日本為

代表的國(guó)家開始了對(duì)液流電池技術(shù)的大力研發(fā)，不同路線相繼出現(xiàn),

液流電池的應(yīng)用范圍也由航空領(lǐng)域拓展到新能源領(lǐng)域，例如儲(chǔ)存風(fēng)能

和光能。我們根據(jù)重要性的原則對(duì)鐵銘液流電池、全機(jī)液流電池、鋅

澳液流電池進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

鐵銘液流電池。NASALewis研究中心的Thaller于1974年提出海流

電池概念，并提出一種鐵澳液流電池和鐵鈦液流電池的設(shè)計(jì)思路。此

后美國(guó)NASA及日本的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)均開展了鐵/倍液流技術(shù)研究

開發(fā)，日本企、業(yè)也成功開發(fā)出數(shù)十千瓦級(jí)的電池系統(tǒng)。但由于Cr的

反應(yīng)可逆性差，F(xiàn)e離子和Cr離子透過隔膜互串引起正負(fù)極電解液的

交叉污染及電極在充電時(shí)析氫嚴(yán)重等問題，鐵/銘液流電池的能量效

率較低。1990年后兒乎沒有相關(guān)學(xué)術(shù)研究進(jìn)行，日本住友電工也在

1992年放棄該技術(shù)路線的研究。目前僅有美國(guó)的EnerVault及我國(guó)

的國(guó)家電力投資集團(tuán)等公司在進(jìn)行項(xiàng)目研發(fā)及示范。全釵液流電池。

其于北海道建設(shè)一套4MW/6MWh的全軌液流儲(chǔ)能系統(tǒng)，用于對(duì)

30MW風(fēng)電場(chǎng)的調(diào)幅、調(diào)頻和平滑輸出并網(wǎng)。截至2022年末，住友

電工合計(jì)開展了46MW/159MWh的全鈕液流電池運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目。

2006年，UNSW液流電池相關(guān)專利到期，世界各地的研究群體和商

業(yè)團(tuán)體因此能夠利用其專利做進(jìn)一步拓展。2006?2020年，中國(guó)、美

國(guó)、英國(guó)出現(xiàn)相當(dāng)部分全鋼液流電池公司，但在全球鋼價(jià)格大幅波動(dòng)

的情況下大多公司的發(fā)展遭遇波折。當(dāng)前海外的全銳液流電池公司包

括住友電工、美國(guó)UET、澳洲Cellstrom等。我國(guó)對(duì)全機(jī)液流電池的

基礎(chǔ)研究起步較早。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)和北京大學(xué)于20世紀(jì)80年代末

建立了全銳液流電池的實(shí)驗(yàn)室模型。1995年，中國(guó)工程物流研究院

研制出1kW樣機(jī)，并擁有電解液制備、導(dǎo)電塑料成型等專利。此后，

中科院大連物化所、大連融科、清華大學(xué)、中南大學(xué)等開始從事全鋼

液流電池的研發(fā)工作，并取得一系列技術(shù)突破。2016年，國(guó)家能源

局批復(fù)了第一個(gè)百兆瓦級(jí)全釵液流電池儲(chǔ)能電站，規(guī)模為

200MW/800MWh,也是全球最大規(guī)模的液流電池儲(chǔ)能電站。

鋅澳液流電池。鋅濱電池正極活性物質(zhì)Br2具有強(qiáng)腐蝕性和化學(xué)氧化

性、很高的揮發(fā)性及穿透性，易通過離子交換膜互串（滲透）到負(fù)極

引起電池自放電，負(fù)極活性物質(zhì)鋅在沉積過程中易形成枝晶。20世

紀(jì)70年代中期，美國(guó)Exxon和Gould兩家公司分別通過調(diào)控鋅沉積

形貌控制抑制鋅枝晶形成，通過絡(luò)合技術(shù)初步解決了Br2通過離子傳

導(dǎo)膜互串問題，推進(jìn)了鋅溟液流電池的開發(fā)。1986年，Exxon將專

利授權(quán)包括JohnsonControls、SEA在內(nèi)的四家公司，四家公司擁

有不同領(lǐng)域的專利并在技術(shù)上朝不同的方向發(fā)展并試圖進(jìn)行商業(yè)化

應(yīng)用。1994年，ZBB（改名ENSYNC）公司購(gòu)買了JohnsonControls

的液流電池技術(shù)。21世紀(jì)初，Redflow公司成立,技術(shù)主要源于SEA。

學(xué)術(shù)上，2000年代鋅溪液流電池學(xué)術(shù)研究較少，2010年之后有所增

加，該領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)展主要由商業(yè)公司進(jìn)行推進(jìn)。ZBB公司歷經(jīng)兒

代涉及優(yōu)化，開發(fā)出商業(yè)化50kWh鋅/澳液流電池模塊，并通過模塊

的串、并聯(lián)構(gòu)建了兆瓦時(shí)級(jí)鋅/溟液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。該公司在加州

以4個(gè)500kWh鋅/澳液流電池單元系統(tǒng)模塊構(gòu)建了2MWh應(yīng)急儲(chǔ)能

電站，是迄今公開報(bào)道的最大規(guī)模的鋅/澳液流電池應(yīng)用示范項(xiàng)目。

其他公司也有產(chǎn)品推出。

其他液流電池。除探索同一種金屬的不同價(jià)態(tài)離子為電池正、負(fù)極活

性物質(zhì)的液流電池新體系外，科學(xué)家也對(duì)其他液流電池體系進(jìn)行了探

索,包括鋅氯、多硫化鈉/澳、鉛/甲基磺酸、鈕/多鹵化物以及有機(jī)液

流電池等技術(shù)路線，但因技術(shù)上存在目前尚未克服的難點(diǎn)、安全性問

題以及研發(fā)處于早期等種種原因尚不能進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

液流電池的分類

液流電池有多種分類方式，可按正、負(fù)極電解質(zhì)活性物質(zhì)采用的氧化

還原電對(duì)，正、負(fù)級(jí)電解質(zhì)活性物質(zhì)特征、電解液溶劑種類等標(biāo)準(zhǔn)分

別。按正、負(fù)極電解質(zhì)活性物質(zhì)采用的氧化還原電對(duì)不同，液流電池

可分為全《凡、鋅澳、鋅/氯、多硫化鈉/澳液流電池；按活性物質(zhì)特征，

可分為液?液和沉積型液流電池，沉積型液流電池根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)，又

可分為半沉積型和全沉積型。

目前進(jìn)入示范應(yīng)用后期和商業(yè)化運(yùn)行的有全銳液流電池和鋅溟液流

電池，鐵銘液流電池雖然有部分示范應(yīng)用，但并不是主流的研究路線。

其他的液流電池路線研究仍然處于早期階段。全鈕液流電池最大的優(yōu)

點(diǎn)是正負(fù)極氧化還原電對(duì)使用同種元素機(jī)：電解液在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中

可再生，避免了交叉污染帶來的電池容量難以恢復(fù)問題，同時(shí)該電對(duì)

電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)良好，在無外加催化劑的情況下即可達(dá)到較高的功

率密度，且運(yùn)行過程中無明顯的析氫、析氧副反應(yīng)，具有良好的可靠

性。鋅澳液流電池正負(fù)極電解液組分也完全一致，不存在電解液交叉

污染，同時(shí)電池理論能量密度高，在國(guó)外也取得了較好的發(fā)展。

表2：部分液流電池發(fā)展階段與主要限制

筑化還原電對(duì)當(dāng)前階段主要限制

被重點(diǎn)研究的技術(shù)路線，原料昂貴，規(guī)模效應(yīng)不顯著；電解液沉淀限制運(yùn)行溫度區(qū)間；

全機(jī)

目前已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化高融化電位限制材料選擇

鐵修示危應(yīng)用階段電解質(zhì)價(jià)格較高；電解陵互串；對(duì)朦穩(wěn)定性要求高

示范應(yīng)用階段，且運(yùn)行效

鋅?澳電解質(zhì)具有毒性；鋅枝晶的形成，電池壽命受到限制

果較好

電解質(zhì)具有毒性；高溫性能不良；高溫和高電位限制材料使用

戾漁名7磋住會(huì)a物愕實(shí)驗(yàn)性研究階段

范圍；電池運(yùn)行有一定安全問題

■?漠早期研究階段電解質(zhì)具有毒性；價(jià)格昂貴

最早由Plurion開發(fā),但

鋅電鋅枝晶形成限制電池壽命；離限化電位限加〃艮好

Plurion已破產(chǎn)

液流電池系統(tǒng)的構(gòu)成

液流電池的主要的構(gòu)成部件包括電堆、電解液、儲(chǔ)液罐、泵、熱交換

器、管路、PMS、FBMS等。按功能劃分可以劃分為能量單元、功

率單元和配套系統(tǒng)。能量單元主要包括電解液和儲(chǔ)液罐；功率單元主

要是電堆，電堆由端板、導(dǎo)流板、集流板、雙極板、電極框、電極、

離子傳導(dǎo)（交換）膜及密封材料構(gòu)成；配套系統(tǒng)則包括泵、熱交換器、

管理、PMS、FBMS等輔助性部件，其中能源單元和功率單元是液

流電池的核心。我們以目前較為成熟的全銳液流電池系統(tǒng)重要零部件

進(jìn)行分析：

電解液。釵電解液是全鋼液流電池的儲(chǔ)能介質(zhì)，是其核心材料之一,

釧電解液的物理、化學(xué)參數(shù)、雜質(zhì)的種類和含量不僅決定了全鋼液流

電池系統(tǒng)的儲(chǔ)能容量，還會(huì)影響全鈾液流電池電堆的反應(yīng)活性、穩(wěn)定

性和耐久性。全鋼液流電池正、負(fù)極電解液以不同價(jià)態(tài)的釵離子作為

活性物質(zhì)，通常采用硫酸水溶液作為支持電解質(zhì)。電極。電極材料是

液流電池的關(guān)鍵材料之一。與鋰離子電池等不同，在液流電池中，儲(chǔ)

能活性物質(zhì)以電解液的形式儲(chǔ)存在電堆外部的儲(chǔ)罐中，電極自身不參

加電化學(xué)反應(yīng)，只為正、負(fù)極儲(chǔ)能活性物質(zhì)的氧化還原反應(yīng)提供反應(yīng)

場(chǎng)所。電極材料性能的好壞直接影響電化學(xué)反應(yīng)速率、電池內(nèi)阻及電

解液分布的均勻性與擴(kuò)散狀態(tài)，最終影響液流電池的功率密度和能量

轉(zhuǎn)換效率。電極材料的化學(xué)穩(wěn)定性也直接影響液流電池的使用壽命。

應(yīng)用于全銳液流電極材料可分為金屬類和碳素類，但經(jīng)過20多年的

發(fā)展，從性能和成本上考慮，金屬類電極已經(jīng)不適用于全鈕液流電池。

碳素類電極包括碳?xì)趾褪珰?，碳?xì)值膬r(jià)格低廉，電化學(xué)性能較好,

能夠滿足實(shí)際使用需求，所以是當(dāng)前電極的主流材料。目前，為實(shí)現(xiàn)

液流電池功率的提升，電極材料厚度正在向薄發(fā)展，具有更小厚度的

碳纖維材料正受到越來越多的關(guān)注。雙極板。雙極板在電堆中實(shí)現(xiàn)單

電池之間的聯(lián)結(jié)，隔離相鄰單電池間的正、負(fù)極電解液，同時(shí)搜集雙

極板兩側(cè)電極反應(yīng)產(chǎn)生的電流。電堆中的電極要求一定的形變量，雙

極板需對(duì)其提供剛性支撐。為實(shí)現(xiàn)上述功能，雙極板需要優(yōu)良的導(dǎo)電

性，良好的機(jī)械強(qiáng)度和韌性，良好的致密性以及量化的化學(xué)穩(wěn)定性和

耐腐蝕性。

可用于雙極板的材料主要有金屬材料、石墨材料和碳塑復(fù)合材料。非

貴金屬材料在強(qiáng)酸強(qiáng)氧化性環(huán)境下易被腐蝕或形成導(dǎo)電性差的鈍化

膜，在經(jīng)過表面處理后依然收效甚微，因此目前不適合做雙極板材料。

石墨材料方面，五孔硬石墨板在全饑液流電池條件下抗酸腐蝕性強(qiáng)，

材料致密，但價(jià)格昂貴、脆性高，在全軌液流電池中的應(yīng)用受到限制；

柔性石墨材料質(zhì)量輕、價(jià)格便宜，但長(zhǎng)期運(yùn)行下容易發(fā)生溶脹，因此

需要對(duì)其進(jìn)行改性。碳塑復(fù)合材料由聚合物和導(dǎo)電填料混合后經(jīng)模壓、

注塑等方法制作成型，耐腐蝕性好，制備工藝簡(jiǎn)單，目前在全銳液流

中應(yīng)用最為廣泛。但碳塑雙極板的電阻率匕金屬雙極板和無孔石墨雙

極板的電阻率高1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，因此提高碳塑復(fù)合材料的導(dǎo)電性是

目前研究的熱點(diǎn)。

隔膜。離子交換(傳導(dǎo))膜是全釵液流電池的另一一核心部件，在液流

電池中起著阻隔正、負(fù)極活性物質(zhì)，避免交叉互混，同時(shí)導(dǎo)通離子形

成電池內(nèi)部導(dǎo)電回路的作用。在全銳液流電池中，離子交換膜在強(qiáng)氧

化性的五價(jià)銳離子(V02)、強(qiáng)酸性和高電位、大電流的苛刻環(huán)境中運(yùn)

行，因此要求優(yōu)良的離子傳導(dǎo)性、離子選擇性、機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性。

全機(jī)液流電池用離子交換膜可分為含氟離子交換膜和非氟離子交換

膜。在含氟離子交換膜中，按膜材料樹脂氟化程度不同又分為全氟磺

酸離子交換膜、部分氨化離子交換膜和非氟離子交換膜三類。全氟磺

酸離子交換膜應(yīng)用最廣，但核心制造技術(shù)被國(guó)外公司壟斷，因此價(jià)格

較為昂貴；部分氟化離子交換膜成本較低，但電壓效率、機(jī)械和化學(xué)

穩(wěn)定性不能兼顧，制備工藝也導(dǎo)致部分膜的化學(xué)穩(wěn)定性降低，因此在

液流電池中應(yīng)用受到嚴(yán)重限制；非氟交換膜選擇性高、成本低，但穩(wěn)

定性差，在液流電池中的應(yīng)用受到限制；為解決全氟磺酸離子交換膜

價(jià)格昂貴和非氟離子交換膜穩(wěn)定性差的問題，多孔離子傳導(dǎo)膜是一個(gè)

新的方向。

構(gòu)造截然不同，定位長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能

電池結(jié)構(gòu)決定液流電池獨(dú)特特點(diǎn)

液流電池是二次蓄電池的一種，與傳統(tǒng)蓄電池相比，液流電池具右以

下特點(diǎn)。輸出功率和儲(chǔ)能容量相互獨(dú)立。液流電池的活性物質(zhì)是儲(chǔ)存

在外部?jī)?chǔ)罐中的液體電解質(zhì)，與電極材料分離，通過循環(huán)泵在電堆內(nèi)

外流動(dòng)，充、放電過程中無相變，電池輸出功率取決于電極的面積,

儲(chǔ)能容量取決于溶液的體積。因此需要在提高輸出功率時(shí)增加電堆數(shù)

目即可，通過增加電解質(zhì)的量或提高電解質(zhì)濃度即可達(dá)到增加儲(chǔ)能容

量的目的。而傳統(tǒng)的二次電池活性物質(zhì)與其電極材料一般是一體的，

封存在電池殼體內(nèi)部，正、負(fù)電極間的隔膜采用多孔膜，且充、放電

過程中一般有相變化或形貌改變，電池輸出功率固定后，其儲(chǔ)能容量

也相應(yīng)固定。充放電過程不涉及物相變化。雙液流電池儲(chǔ)能活性物質(zhì)

均為液態(tài)，充放電過程中只有價(jià)態(tài)變化，不涉及無相變化，避免了傳

統(tǒng)電池因相變化及枝晶的生成而發(fā)生電池短路、活性物質(zhì)性能下降問

題。儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)。液流電池的活性物質(zhì)溶解于電解液中，當(dāng)電池不使

用時(shí)密封存放于不同的電解液儲(chǔ)罐中，沒有普通電池的自放電問題。

本征安全。傳統(tǒng)液流電池的電解液為水溶液，不存在著火爆炸的風(fēng)險(xiǎn),

安全性較好。作為液流電池的一種，當(dāng)前商業(yè)化進(jìn)度最為靠前的全鋼

液流電池也具有安全性高、儲(chǔ)能規(guī)模大、充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)、電解液

可循環(huán)利用、生命周期中性價(jià)比高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)主要是系

統(tǒng)組成復(fù)雜、能量密度較低。

*3：全機(jī)液流電池優(yōu)點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)理論依據(jù)

全機(jī)灌流電池的電解液為機(jī)離子的稀跋酸水溶液，只要控制好充放電裁止電

本征安全,運(yùn)行可全生命壓，保持電池系統(tǒng)存放空間通風(fēng)良好，本征安全不存在著火爆炸的危險(xiǎn).電

周期環(huán)境友好.解液在密封空間內(nèi)循環(huán)使用，在使用過程中通常不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染物質(zhì),也

不會(huì)受外部雜質(zhì)的污染.

全鈕液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出功率由電堆的大小和效■決定，而佬健容?由

諭出功率和儲(chǔ)能容■獨(dú)立，設(shè)

電解液的體積決定.要增加輸出功率，只要增大電堆的電極面積和地加電堆

計(jì)安裝靈活

的數(shù)■就可實(shí)現(xiàn)；要增加儲(chǔ)能容■,只要增加電解液的體積就可實(shí)現(xiàn).

能?轉(zhuǎn)換效率高,啟動(dòng)速度全機(jī)液流電池在室溫條件下運(yùn)行，電解質(zhì)溶液在電解液儲(chǔ)11和電堆之間髓環(huán)

快，無相變化，充放電狀態(tài)切流動(dòng)，在充、放電過程中通過溶解在水溶液中機(jī)離子的價(jià)態(tài)變化實(shí)現(xiàn)電能的

換響應(yīng)迅速存儲(chǔ)和釋放,沒有相變化.

模塊化設(shè)計(jì).易于系統(tǒng)集成和全機(jī)液流電池電堆是由多個(gè)單電池按壓濾機(jī)方式疊合而成的，單體模塊額定

規(guī)模放大輸出功率大，均勻性好，易于集成和規(guī)模放大.

具有強(qiáng)的過載能力和深放電電解液通過循環(huán)泵在電堆內(nèi)循環(huán)，電解質(zhì)溶液活性物質(zhì)擴(kuò)觸的影峋豺小?而

能力且,電極反應(yīng)活性高,活化極化較小.

液流電池與鋰電適用場(chǎng)景具有重大差異

能量密度顯著低于鋰電。全鈕液流電池的能量密度為12-40W/kg，而

鋰電中能量密度較低的鈦酸鋰電池能量密度達(dá)到60-100W/kg,如果

將全銳液流電池能源密度以30W/kg計(jì)算，鈦酸鋰能量密度是全鈿液

流電池的2?3倍。這決定了全鋼液流電池在對(duì)能量密度有要求的3C

電子和電動(dòng)車領(lǐng)域并不適用，該領(lǐng)域需求更適宜由鋰電池等高能量密

度的電池來滿足。循環(huán)壽命遠(yuǎn)高于鋰電。在儲(chǔ)能領(lǐng)域，尤其是儲(chǔ)能需

求量較大較長(zhǎng)的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能領(lǐng)域，能量密度并不是考慮的首要因素?，而

是要考慮循環(huán)壽命、安全性、可靠性等。從循環(huán)次數(shù)來看，全鑰，液流

電池循環(huán)次數(shù)大于1萬次，而鋰電池中的磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池

循環(huán)次數(shù)中值分別為6000次和3000次，遠(yuǎn)低于全乳液流電池。

本征安全，不會(huì)熱失控和燃燒爆炸。安全性上來講，鋰電池等搖椅電

池由正極材料、負(fù)極材料、電解液和隔膜組成，主要依靠金屬離子在

兩個(gè)電極之間的充放電往返嵌入和脫嵌工作。電池一般采用含有鋰、

鈉、鉀元素的材料作為正極材料，但有些材料化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性

較差，在過充、撞擊、短路過程中很容易引發(fā)火災(zāi)及爆炸事故。而帆

電池的電解液為水基環(huán)境，本身不可燃，不會(huì)像鋰電那樣發(fā)生熱失控

或燃燒爆炸，電解液循環(huán)流動(dòng)，散熱速率快，能夠有效降低電池內(nèi)部

溫度，避免過熱損傷。活性物質(zhì)是不同價(jià)態(tài)的帆離子，反應(yīng)溫和，即

使正負(fù)極電解液直接互混，也不會(huì)產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)或溫度升高。

全鋼液流電池的定位是大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能技術(shù)

各種儲(chǔ)能技術(shù)特性有明顯的差別，用于的范圍也較為不同。抽水蓄能

主要用于大電網(wǎng)的輸配電環(huán)節(jié)；電化學(xué)儲(chǔ)能主要用于風(fēng)光發(fā)電側(cè)、小

型變電站和用電側(cè)；飛輪和超級(jí)電容儲(chǔ)能用于精密制造等行業(yè)。其中，

全鋼液流電池被定位為大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，適用于大規(guī)模、大容量、長(zhǎng)

時(shí)間的儲(chǔ)能場(chǎng)景。

大規(guī)模儲(chǔ)能必須滿足技術(shù)實(shí)用性、安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性的基木要求。

基于研究和工程實(shí)踐所得的業(yè)界共識(shí)，適合長(zhǎng)時(shí)間、大規(guī)模的儲(chǔ)能形

式主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、液流電池三類。抽水蓄能、壓

縮空氣儲(chǔ)能的建設(shè)受地形限制，而全銳液流電池不受地域、環(huán)境等條

件限制，同時(shí)滿足本征的安全性（是水性體系的電池）、適合性（基本電

池單元大、液流便于熱管理、壽命長(zhǎng)），經(jīng)濟(jì)性潛力大（技術(shù)進(jìn)步快，

而且“天花板”足夠高），是大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能的有力競(jìng)爭(zhēng)者。

除抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能以外，鋰離子電池和鈉離子電池同樣可以

用于百萬千瓦時(shí)級(jí)儲(chǔ)能。但是鋰離子電池、鈉離子電池的技術(shù)體系決

定了電池?zé)崾Э氐目赡苄?，只能夠從工藝上改進(jìn)。國(guó)際能源綜合司十

2022年6月發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求（2022

年版）（征求意見稿）》，明確將三元鋰離子電池、鈉硫電池踢出了

中大型電化學(xué)儲(chǔ)能的可選方案，同時(shí)認(rèn)為不宜采用動(dòng)力電池梯次利用,

所以具有本征安全性的全銳液流電池有望成為大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)

勢(shì)路線。

全機(jī)液流電池產(chǎn)業(yè)鏈初步形成

目前鋼電池產(chǎn)業(yè)鏈可以劃分為上游原材料、中游電池制造、下游應(yīng)用。

上游原材料主要包括五氧化二乳、硫酸、電極、雙極板、離子傳導(dǎo)膜

以及其他零部件。中游電池制造環(huán)節(jié)首先將原材料加工成電解液、電

堆等核心零部件，并進(jìn)一步集成為電池系統(tǒng)；鈿全液流電池的下游應(yīng)

用是儲(chǔ)能，包括在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用電側(cè)。

上游：釵資源存在廣泛，中國(guó)產(chǎn)量占全球七成

4凡在自然界中分布廣泛，存在于約65種礦物和化石燃料沉積物中，

其中鋼鈦磁鐵礦最為主要，磷塊巖礦、石煤、含碳質(zhì)原油、煤、油頁(yè)

巖及瀝青沙亦有所補(bǔ)充，中國(guó)帆資源主要存在于釵鈦磁鐵礦和含鈕石

煤中。從資源儲(chǔ)量來看，全球銳元素儲(chǔ)量豐富，根據(jù)美國(guó)國(guó)家地質(zhì)局

（USGS）,2022年全球鈕元素資源儲(chǔ)量達(dá)到2556萬噸，但主要集

中在中國(guó)、俄羅斯、澳大利亞、南非四國(guó)，其中中國(guó)儲(chǔ)量占比最高,

為37%。產(chǎn)量上，2022年全球V2O5產(chǎn)量約10萬噸，中國(guó)占7萬

噸，是最主要的產(chǎn)帆國(guó)。

圖8：全球鋼礦總產(chǎn)量（以V2O5計(jì)，噸）

2000-2019年，銳鐵合金占軌消費(fèi)量的90%左右。而鈕電池的消費(fèi)

量不斷增長(zhǎng)，根據(jù)《中國(guó)機(jī)資源全生命周期動(dòng)態(tài)物質(zhì)流分析》（簡(jiǎn)小

枚，汪鵬，陳瑋，段臨林，王鶴鳴，陳偉強(qiáng)），2010年我國(guó)鋼在電

池領(lǐng)域的消費(fèi)量為0.1萬噸，2019年已增長(zhǎng)至1.1萬噸，10年增長(zhǎng)

Y11倍。

釵資源主要利用酸浸堿溶、鈉化焙燒、直接焙燒和鈣化焙燒等提機(jī)技

術(shù)提取，V2O5暨其他氧化物（如V2O3）是冶煉階段的主要產(chǎn)物，

之后再通過物理法、化學(xué)法或電解法制得電解液。目前1kWh電解液

大約使用8-9公斤五氧化二鋼，1Gwh全機(jī)液流電池約使用0.8~0.9

萬噸，約當(dāng)前年度全球產(chǎn)量的10%。因此，如果全機(jī)液流電池未來

有所放量，上游帆資源需求將會(huì)持續(xù)擴(kuò)大。

中游：電解液制造與電堆集成是核心環(huán)節(jié)

電凡電池產(chǎn)業(yè)鏈的中游制造環(huán)節(jié)主要涉及電解液生產(chǎn)、電堆裝配和控制

系統(tǒng)集成。中游制造集成廠商通過采購(gòu)上游原材料，制備電解液，同

時(shí)對(duì)電堆進(jìn)行集成，最后再對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行集成。其中電解液的純度和配

方、電堆集成的技術(shù)水平?jīng)Q定了各家廠商的競(jìng)爭(zhēng)力。電解法是電解液

工業(yè)生產(chǎn)的主流方法。目前全軌液流電池泡解液的制備分為物理法、

化學(xué)法、電解法。物理法是將高純VOSO4直接溶于硫酸中，制得

VRFB電解液，但VOSO4價(jià)格偏高，制得電池能量密度較低，規(guī)模

化工業(yè)生產(chǎn)有所限制；化學(xué)法是將V2O5使用還原劑如單質(zhì)硫、有機(jī)

酸類、醇等還原于易溶于水的VOSO4,或者是混合價(jià)態(tài)的機(jī)離子,

但由于此方法不可避免引入雜質(zhì)離子，導(dǎo)致電解液鋼離子濃度低，電

池性能低，高純V2O5成本較高；電解法利用電解槽，在陰極加入含

有V2O5或NH4V03的硫酸溶液、陽(yáng)極加入硫酸鈉或硫酸溶液，在

兩級(jí)中通直流電，生成低價(jià)銳溶液。該方法工藝簡(jiǎn)單，無雜質(zhì)離子引

入，可以根據(jù)需要大批量生產(chǎn)不同價(jià)態(tài)的電解液。目前電解法制備電

解液的技術(shù)大部分以專利形式進(jìn)行保護(hù)。

電解液純度和配方?jīng)Q定產(chǎn)品性能差異，是中游環(huán)節(jié)的核心壁壘。各家

廠商電解液的區(qū)別主要在于電解液的純度，以及包括穩(wěn)定劑在內(nèi)的電

解液配方。為保證電解液在長(zhǎng)期運(yùn)行條件下電解液性能和儲(chǔ)能容量不

衰減，電解液中的雜質(zhì)離子含量應(yīng)限定在一定濃度下。電解液中的雜

質(zhì)離子及含量主要取決于原材料及生產(chǎn)工藝，因此原材料品質(zhì)和生產(chǎn)

除雜工藝會(huì)導(dǎo)致各廠商產(chǎn)品的品質(zhì)差異。此外，包括穩(wěn)定劑在內(nèi)的電

解液配方對(duì)電解液產(chǎn)品的性能也有很大影響。電堆集成同樣存在壁壘,

關(guān)鍵在于定位和裝配壓力均勻性。雙極板、密封件、電極框、電極、

離子傳導(dǎo)（交換）膜、電極、電極框、密封件、雙極板材料疊合在一

起構(gòu)成全軌液流電池的一節(jié)單電池，數(shù)節(jié)或數(shù)十節(jié)單電池以壓濾機(jī)的

方式疊放在一起并在兩側(cè)裝有集流板、端板就組裝出液流電池電堆。

電堆組裝過程中關(guān)鍵步驟有兩個(gè)方面。一是定位，電堆組件隨著電池

節(jié)數(shù)的增多顯著增加，一個(gè)30kW的電堆大約由50節(jié)單電池組成，

組件有幾百件，將這些組件逐一地按定位結(jié)構(gòu)進(jìn)行組裝，可以避免錯(cuò)

位，以保證電解液的均勻分配和防止漏液；二是裝配的壓力均勻性，

在壓力機(jī)加壓時(shí)，施壓面與端板的平行度及加壓速度極為重要，平行

度不好或者運(yùn)行速度過快都會(huì)導(dǎo)致電堆的變形，甚至組件彈出等問題

出現(xiàn)。

下游：發(fā)電/電網(wǎng)側(cè)應(yīng)用是主流方向

全機(jī)液流電池儲(chǔ)能屬于長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能，目前對(duì)長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能并沒有明確定

義，但超過儲(chǔ)能時(shí)間超過4小時(shí)的通常被成為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能與

短時(shí)儲(chǔ)能的分工不同，短時(shí)儲(chǔ)能主要用于應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)的短期負(fù)荷波

動(dòng)或頻率調(diào)節(jié)，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能主要實(shí)現(xiàn)跨日至跨季節(jié)的儲(chǔ)能需求，以保障

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨著可再生能源的滲透率提升，電力系統(tǒng)對(duì)電力

儲(chǔ)存的需求增大，對(duì)更長(zhǎng)周期維度的調(diào)峰要求也更高，長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能的

地位將會(huì)日益凸顯。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)均能夠有所

應(yīng)用，典型應(yīng)用場(chǎng)景包括高風(fēng)光發(fā)電比例下的能量管理、約束管理、

孤島運(yùn)行、備用與黑啟動(dòng)、工商業(yè)應(yīng)用電表后儲(chǔ)能。

發(fā)電側(cè)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求正在醞釀。從與其他路線的競(jìng)爭(zhēng)而言，未來液流

儲(chǔ)能電池的發(fā)展方向主要在發(fā)電側(cè)的聯(lián)合新能源進(jìn)行調(diào)峰并提供輔

助服務(wù)、電網(wǎng)側(cè)的延緩輸配電設(shè)備擴(kuò)容以及用戶側(cè)的峰谷套利。儲(chǔ)能

系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用主要是調(diào)峰調(diào)頻，對(duì)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)要求不高，同時(shí)火

電進(jìn)行靈活性調(diào)峰改造的成本遠(yuǎn)低于安裝相同功率的電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)

備，因此液流電池在火電廠應(yīng)用困難。在發(fā)電側(cè)的新能源部署下，上

網(wǎng)電價(jià)低和相應(yīng)政策缺乏使儲(chǔ)能系統(tǒng)缺乏盈利模式，盡管全國(guó)大部分

地區(qū)強(qiáng)制要求新能源項(xiàng)目按10%-20%裝機(jī)，但由于儲(chǔ)能時(shí)間較短，

液流電池相對(duì)鋰離子電池競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。但國(guó)家發(fā)改委、能源局于2021

年8月發(fā)布了《關(guān)于鼓勵(lì)可再生能源發(fā)電企業(yè)自建或購(gòu)買調(diào)峰能力增

加并網(wǎng)規(guī)模的通知》，提出超過電網(wǎng)企業(yè)保障性并網(wǎng)以外的規(guī)模初期

按照功率15%的掛鉤比例（時(shí)長(zhǎng)4h以上）配建調(diào)峰能力，按照20%

以上掛鉤比例進(jìn)行配建的優(yōu)先并。其中4h以上的儲(chǔ)能市場(chǎng)要求給了

液流電池很大的發(fā)揮空間和應(yīng)用可能性，因此可以預(yù)期液流電池配合

新能源電站增加并網(wǎng)規(guī)模的探索會(huì)增加I,配合新能源進(jìn)行調(diào)峰并提供

輔助服務(wù)將成為液流電池重要的應(yīng)用方向。

電網(wǎng)側(cè)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求因電網(wǎng)穩(wěn)定而較少。電網(wǎng)側(cè)，在國(guó)外，許多區(qū)域

性電網(wǎng)、微網(wǎng)穩(wěn)定性較差，覆蓋范圍小，沒有合適的抽蓄、壓縮空氣

電站建設(shè)資源，液流電池在世界范圍內(nèi)主要部署場(chǎng)景也在這方面，通

過部署4小時(shí)以上儲(chǔ)能電站提高整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)，對(duì)于

延緩輸配電設(shè)備擴(kuò)容也是液流電池適用的應(yīng)用場(chǎng)景，只是中國(guó)電網(wǎng)的

高度穩(wěn)定性使該應(yīng)用場(chǎng)景較為少見。用戶側(cè)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求主要來自峰

谷套利。用戶側(cè)，峰谷套利是能夠獲得盈利的儲(chǔ)能應(yīng)用方向，其商業(yè)

模式也比較明晰。長(zhǎng)期來看，隨著新能源發(fā)電占比越來越高，我們認(rèn)

為該方向也將成為液流電池的重要應(yīng)用和發(fā)展方向。

全機(jī)液流電池技術(shù)已在多種場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證

我們?cè)诿恳粋€(gè)場(chǎng)景下選取了一個(gè)代表項(xiàng)目進(jìn)行介紹。發(fā)電側(cè)，以大聯(lián)

融科參與的國(guó)電龍?jiān)磁P牛石5MW/10MWh全銳液流電池儲(chǔ)能應(yīng)用示

范電站為例，該項(xiàng)目于2012年12月并網(wǎng)運(yùn)行，并于2013年5月通

過驗(yàn)收，所有指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)已無故障運(yùn)行十年，系全

球范圍內(nèi)迄今運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的兆瓦級(jí)全機(jī)液流電池系統(tǒng)。該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)

了包括平滑輸出、提高風(fēng)電場(chǎng)跟蹤計(jì)劃發(fā)電能力、暫態(tài)有功出力緊急

響應(yīng)和暫態(tài)電壓緊急支撐、調(diào)峰調(diào)頻等功能，充分驗(yàn)證了全機(jī)液流電

池對(duì)于風(fēng)電波動(dòng)控制、計(jì)劃發(fā)電能力和響應(yīng)電網(wǎng)服務(wù)的功能。

電網(wǎng)側(cè)，遼寧大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站一期工程于2022年10月

正式并網(wǎng)。該項(xiàng)目規(guī)模為200MW/800MWh,一期工程

100MW/400MWh.該項(xiàng)目定位參與電網(wǎng)調(diào)峰、可再生能源接入、緊

急電源及黑啟動(dòng)。除削峰填谷之外，調(diào)峰電站也可以在發(fā)生極端情況,

電網(wǎng)與外部電源全部中斷的情況下，為政府、醫(yī)院、電視臺(tái)等重要部

門和單位提供超過4小時(shí)以上電能，也可以為附近的北海熱電廠提供

黑啟動(dòng)電源。

用戶側(cè)，以日本住友電工于橫濱工廠的微電網(wǎng)儲(chǔ)能電站項(xiàng)目為例，該

項(xiàng)目于2012年7月開始試運(yùn)行，全鈕液流電池系統(tǒng)規(guī)模為

1MW/5MWh。該微電網(wǎng)系統(tǒng)由28臺(tái)聚光光伏（最大總發(fā)電200kW）、

全鋼液流電池系統(tǒng)和6臺(tái)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)系統(tǒng)（總計(jì)3.6MW）組成，主

要期望實(shí)現(xiàn)工廠維度的削峰填谷、平衡太陽(yáng)能發(fā)電波動(dòng)、穩(wěn)定供電等

作用。該項(xiàng)目的目的是驗(yàn)證全電凡液流電池技術(shù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及性能,

衡量電池穩(wěn)定性的庫(kù)倫效率和電池電阻長(zhǎng)期內(nèi)無明顯變化，表明該項(xiàng)

目運(yùn)行良好。

圖15：鋼液流電池技術(shù)長(zhǎng)期穩(wěn)定性和性能得到驗(yàn)證

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2025年全帆液流電池市場(chǎng)空間或?qū)⑦_(dá)到58億元

電解液和膜構(gòu)成釵電池70%的成本。目前全鈕液流電池系統(tǒng)的成本

主要由電解液以及電堆中膜、雙極板等零部件構(gòu)成，電解液占總成本

比例中的43%,構(gòu)成最為主要的成本，膜占點(diǎn)、成本的27%,與電解

液合計(jì)占成本比重的70%。而電堆中其他零部件，包括雙極板、碳

氈、框架等占總成本的2%-3%不等。全釵液流電池的儲(chǔ)能介質(zhì)（電

解質(zhì)）和發(fā)電部件（電堆）在物理上是分開的，因此全鈕液流電池系

統(tǒng)的成本構(gòu)成乂可分為電解液成本和除電解液外的電池儲(chǔ)能價(jià)格。根

據(jù)《全機(jī)液流電池的技術(shù)進(jìn)展、不同儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)系統(tǒng)的價(jià)格分析及展望》

（張華民），當(dāng)五氧化二釵價(jià)格為10萬元/噸時(shí)，電解液價(jià)格為1500

元/h。當(dāng)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)為1h時(shí),除電解液的儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)格為6000元/kW,

再加上電解液價(jià)格1500元/kWh,儲(chǔ)能系統(tǒng)的總價(jià)格是7500元/kWh。

當(dāng)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)為4h,除電解液的儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)格6000元/kWh由4h分

攤，每小時(shí)分?jǐn)倿?500元/kWh,力口上電解液1500元/kWh,儲(chǔ)能系

統(tǒng)的總價(jià)格就是3000元/kWh。隨著儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)的提高，儲(chǔ)能系統(tǒng)整體

單kWh價(jià)格會(huì)有所下降。

2023年以來，全鈕液流電池備案裝機(jī)規(guī)模達(dá)到1.6GW/6.5GWk根

據(jù)國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)，截至2022年底，我國(guó)已投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)

規(guī)模為8.7GW,液流電池儲(chǔ)能占比1.6%,因此可以推算得出全鈿液

流電池已投運(yùn)規(guī)模為139.2MW,相對(duì)比例和絕對(duì)規(guī)模都較少。但今

年以來液流電池行業(yè)發(fā)展迅速，根據(jù)GGII儲(chǔ)能數(shù)據(jù)庫(kù)，2023年以來

液流電池備案及中標(biāo)項(xiàng)目共1.6GW/6.5GWh,是目前己投運(yùn)規(guī)模的

十倍以上。盡管項(xiàng)目備案公示距離最終的裝機(jī)上量有一定時(shí)間，也有

一定的不確定性，但我們認(rèn)為較大的項(xiàng)目備案規(guī)模反映了業(yè)內(nèi)對(duì)行業(yè)

前景的樂觀預(yù)期。

預(yù)計(jì)2025年新增全銳液流電池裝機(jī)規(guī)模達(dá)到0.53GW。根據(jù)中關(guān)村

儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟(CNSEA)數(shù)據(jù)，截至2022年底，我國(guó)新型儲(chǔ)

能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到13.1GW/27.1GWh,其中液流電池裝機(jī)規(guī)模約

157.2MW,占比1.2%。在新能源發(fā)電占總發(fā)電比例日益提升的背景

下，預(yù)計(jì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的重要性將得到凸顯，液流電池的滲透率將會(huì)逐漸

提高?？紤]當(dāng)前全鈿液流電池已備案裝機(jī)粉模達(dá)到1.6GW,相比2022

年末裝機(jī)的157MW大幅增加，我們審慎地認(rèn)為全軌液流電池在2027

年新增新型儲(chǔ)能裝機(jī)中的滲透率或會(huì)提升至5%o參考CNSEA作出

的關(guān)于新型儲(chǔ)能裝機(jī)整體的預(yù)測(cè)，再結(jié)合全機(jī)液流電池滲透率逐步提

高的假設(shè)，我們認(rèn)為到2025年，新增全鈾液流電池裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到

0.53GW,累計(jì)裝機(jī)規(guī)模1.15GW；到2027年，新增裝機(jī)規(guī)模將達(dá)

至ij1.07GW,累計(jì)裝機(jī)規(guī)模約2.99GW。

具體的市場(chǎng)規(guī)模上，因?yàn)槿o液流電池的定位是長(zhǎng)時(shí)配儲(chǔ);同時(shí)配儲(chǔ)

時(shí)間越長(zhǎng)，單位成本更低，因此在計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模時(shí)，我們假設(shè)全機(jī)液

流電池均配儲(chǔ)4小時(shí)，對(duì)應(yīng)價(jià)格為3000元/kWh。在《Researchand

analysisofperformanceimprovementofvanadiumredoxflow

batteryinmicrogrid:Atechnologyreview》(ZeboHuang,AnleMu)論

文認(rèn)為全銳液流電池單位成木在2018/2025年/2030年分別為

500/300/250美元/kWh,2025年至2030年預(yù)計(jì)累計(jì)降幅16.7%。

考慮到目前的行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，我們認(rèn)為我國(guó)全軌液流電池未來若干年

的成本會(huì)逐年以個(gè)位數(shù)降幅下降。在以上假設(shè)下，我們預(yù)測(cè)2025年

全鋼液流電池市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到58.1億元,2027年將達(dá)到109.3億元,

2023E-27E復(fù)合增長(zhǎng)率為55.51%。

圖20：我國(guó)全鋼液流電池市場(chǎng)規(guī)模（億元）

相關(guān)公司

上游原材料企業(yè)積極布局電解液環(huán)節(jié)。原材料環(huán)節(jié)產(chǎn)能位居前列的是

銳鈦股份與河鋼股份，機(jī)年產(chǎn)能分別為4萬噸/年和2.2萬噸/年，兩

者合計(jì)占據(jù)國(guó)內(nèi)近一半的鈕產(chǎn)品市場(chǎng)份額。鈿鈦股份對(duì)電凡電池的態(tài)度

較為積極，與大連融科簽訂了《戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》，目前正在開展

鈕電解液研發(fā)項(xiàng)目，自身也有一定的技術(shù)積累；河鋼股份也成功研發(fā)

了鈕電池電解液產(chǎn)品。安寧股份直接銷售鋼鈦鐵精礦，但在鋼電解液

制備方面也有一定技術(shù)儲(chǔ)備。非銳行業(yè)的部分公司的鋼礦資源以及專凡

電池產(chǎn)業(yè)鏈也表現(xiàn)積極，中核鈦白與電堆廠商四川偉力得進(jìn)行合作,

尋求銳礦資源并準(zhǔn)備后續(xù)電解液產(chǎn)線建設(shè)：煤炭公司永泰能源對(duì)各產(chǎn)

業(yè)鏈均進(jìn)行布局，包括機(jī)礦、電解液以及電堆產(chǎn)線，項(xiàng)目正在建設(shè)之

中。中游企業(yè)普遍歷史較長(zhǎng)，經(jīng)驗(yàn)豐富。中游電堆制造與系統(tǒng)集成環(huán)

節(jié)的企業(yè)絕大部分成立時(shí)間在10年以上，有一定的研發(fā)積累，技術(shù)

經(jīng)驗(yàn)豐富。發(fā)展路線上，大連融科由大連融科儲(chǔ)能集團(tuán)和中科院大連

物化所共同組建，技術(shù)主要來源于科研院所的技術(shù)轉(zhuǎn)化；北京普能于

2007年成立，2009年收購(gòu)加拿大VRB,并在全球范圍內(nèi)安裝投運(yùn)

數(shù)十個(gè)項(xiàng)目。國(guó)網(wǎng)英大、上海電氣、湖南釵峰、四川偉力得等廠商均

多年深耕，同時(shí)也有項(xiàng)目成功落地。

下游企業(yè)主要為電網(wǎng)和發(fā)電企業(yè)。目前鈕電池產(chǎn)業(yè)鏈下游應(yīng)用的投資

主體主要是電網(wǎng)以及發(fā)電企業(yè)，包括大唐電力、國(guó)投電力、中廣核電

力、國(guó)家能源集團(tuán)、華電國(guó)際等，主要原因是當(dāng)前全鈾液流電池初始

投資成本較高，行業(yè)整體又由新能源發(fā)電側(cè)強(qiáng)制配儲(chǔ)要求推進(jìn)，而電

網(wǎng)和大型電力企業(yè)有足夠財(cái)力和動(dòng)機(jī)進(jìn)行應(yīng)用。

鐵銘、鋅漠技術(shù)路線商業(yè)化尚在醞釀

除全銳液流電池外，鋅澳液流電池和鐵銘液流電池也有望實(shí)現(xiàn)成功商

業(yè)化，當(dāng)前正處于示范應(yīng)用階段。與全銳液流電池相比，鋅澳電池具

有能量密度更高、原材料來源豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。然而鋅浪液流

電池存在鋅枝晶問題、循環(huán)次數(shù)有限、澳具備腐蝕性、高揮發(fā)性及穿

透性、容量同功率無能完全解耦、大尺寸電池場(chǎng)景下電對(duì)系統(tǒng)壓降大

以及損失效率高等劣勢(shì)，鐵銘液流電池存在可逆性差、負(fù)極析氫，電

池最佳工作溫度較高等劣勢(shì)，因此目前在商業(yè)化程度和技術(shù)成熟度上

尚無法到達(dá)全機(jī)液流電池技術(shù)的高度，克服這些劣勢(shì)需要依靠企業(yè)和

科研機(jī)構(gòu)持續(xù)的研發(fā)。

鐵銘液流電池成本較低，但尚存技術(shù)難點(diǎn)

鐵銘液流電池和全鈿液流電池結(jié)構(gòu)類似，同樣由能量單元、功率單元、

配套系統(tǒng)組成，兩者的主要區(qū)別在于電解液的不同，鐵銘液流電池使

用FeCI2和CrCI3的鹽酸溶液作為正負(fù)極電解液，上游主要為銘鹽。

在其他零部件上兩者的區(qū)別并不大，鐵銘液流電池電堆中的電極同樣

選取碳?xì)?、石墨氈，略有不同之處在于?duì)電極材料進(jìn)行改性的方法不

同；離子交換膜目前也同樣采用Nation系列全氟磺酸離子交換膜，

與鋼電池一致；雙極板采用石墨材料；電堆整體也由多個(gè)單電池以壓

濾機(jī)的方式疊加緊固而成。在配套系統(tǒng)上則更為一致，泵和管路甚至

采用的是同樣的產(chǎn)品。

鐵銘液流電池相比于全機(jī)液流電池在技術(shù)上存在劣勢(shì)。從單堆功率來

看，目前全銳能夠做到200-400kW,而鐵銘不足100kW,技術(shù)成熟

度有所差距；運(yùn)行期間的安全性方面，鐵格液流電池有難以解決的負(fù)

極“析氫”問題，而全鈕液流電池沒有，因此全軌液流電池在技術(shù)上整

體優(yōu)勢(shì)更大。但鐵銘液流電池也擁有一定優(yōu)勢(shì)，首先是成本較低，根

據(jù)國(guó)家電投測(cè)算，鐵輅液流電池的單位初始投資成本為2800元/kWh,

低于全鈕液流電池的3250元/kWh,且有望在“十四五”末降至1500

元/kWh；其次是運(yùn)行溫區(qū)較全銳液流電池更廣；所采用稀鹽酸電解

液的毒性和腐蝕性也比全鋼液流電池采用的硫酸溶液弱。成木構(gòu)成方

面，根據(jù)ChuanyuSun,ZhangHuan于2019年進(jìn)行的測(cè)算，采用

Nation膜的鐵銘液流電池成本約194美元/kWh,其中膜成本占比

39%,PCS占比14%,電極和電解質(zhì)分另J占比11%和9%。因?yàn)殡?/p>

池所采用膜與全鋼液流電池一致，若后續(xù)膜的成本快速下降，鐵格液

流電池的整體成本亦能夠快速下降，從而更具備成本競(jìng)爭(zhēng)力。

目前，鐵銘液流電池在我國(guó)的研發(fā)和應(yīng)用主要由國(guó)家電力投資集團(tuán)

（國(guó)電投）推動(dòng)。2019年11月，國(guó)電投中央研究院研發(fā)的首個(gè)

31.25kW鐵銘液流電池電堆（“容和一號(hào)”）成功下線，性能指標(biāo)滿足

設(shè)計(jì)參數(shù)要求。國(guó)電投聯(lián)合上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公

司（上海成套院）開展國(guó)內(nèi)首個(gè)百千瓦級(jí)鐵絡(luò)液流電池儲(chǔ)能示范項(xiàng)目

建設(shè)工作，2020年12月，建成了250MW/1.5MWh液流電池光儲(chǔ)示

范項(xiàng)目（沽源戰(zhàn)石溝光伏電站）。2023年8月，內(nèi)蒙霍林河三模鐵

鋁混合儲(chǔ)能項(xiàng)目投運(yùn)，該項(xiàng)目中的鐵銘液流電池裝置由國(guó)電投旗下上

市公司電投能源進(jìn)行建設(shè)。除國(guó)電投外，中海儲(chǔ)能、華電國(guó)際等多家

公司均在推進(jìn)鐵銘液流電站及相關(guān)裝置建沒。根據(jù)振華股份公告，據(jù)

不完全統(tǒng)計(jì),2023年已簽約鐵銘液流電站項(xiàng)目容量合計(jì)約1.5GWh。

鐵銘液流電池的發(fā)展相對(duì)全釵液流電池更為早期，因此產(chǎn)業(yè)鏈上公司

的數(shù)量更少，上游絡(luò)鹽企業(yè)主要是振華股份，中游電堆及集成企業(yè)包

括國(guó)電投、江蘇恒安儲(chǔ)能、中海儲(chǔ)能、液流儲(chǔ)能等。我們認(rèn)為鐵鋁液

流電池進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化的條件是技術(shù)的進(jìn)步，尤其是針對(duì)格離

子活性、可逆性、負(fù)極析氫、電解液結(jié)晶析出等技術(shù)難點(diǎn)的突破,盡

管部分廠商在技術(shù)上有所進(jìn)展和突破，但國(guó)內(nèi)目前正在運(yùn)行的規(guī)模最

大的鐵銘液流電池規(guī)模為250kW/1.5MWh,而全機(jī)液流電池項(xiàng)目示

范規(guī)模達(dá)到了100MW/400MWh,成型的鐵銘液流電池產(chǎn)品尚未在大

型項(xiàng)目中得到充分驗(yàn)證，因此距離全面商業(yè)化或仍有一段距離。盡管

如此，我們認(rèn)為鐵輅液流電池的成本優(yōu)勢(shì)明顯，技術(shù)若經(jīng)充分驗(yàn)證將

在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能占據(jù)一席之地。

鋅澳液流電池技術(shù)難點(diǎn)對(duì)發(fā)展有所制約

鋅溟液流電池與全機(jī)液流電池和鐵銘電池有所不同，政府及電解液均

為澳化鋅溶液，充電時(shí)鋅離子還原為金屬鋅沉積在負(fù)極上，放電時(shí)金

屬鋅氧化為鋅離子溶于電解液中，因此屬于沉積型液流電池，而全釵

和鐵絡(luò)路線在充放電時(shí)沒有固體物質(zhì)沉積在電極，屬于非沉積型液流

電池。其正極采用Br-/Br2電對(duì)，充電時(shí)澳離子氧化為游離的澳單質(zhì)，

因?yàn)槠鋸?qiáng)氧化性和腐蝕性所以需要添加絡(luò)合劑來捕捉，從而形成可逆

的絡(luò)合物，而全機(jī)和鐵銘路線則不需要絡(luò)合劑。技術(shù)上，鋅漠液流電

池的負(fù)極側(cè)會(huì)出現(xiàn)析氫的副反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)容易產(chǎn)生鋅枝晶刺穿隔膜降

低整個(gè)電池的性能，鋅枝晶不僅會(huì)降低鋅的氧化還原可逆性，而且在

電池放電時(shí)易從中間斷開掉落，從而影響電池壽命。此外鋅澳容易中

的澳是易揮發(fā)的溶液，同時(shí)具有腐蝕性和穿透性，電池整體需要考慮

防腐和防污染問題。止匕外，因?yàn)殇\澳液流電池為沉積型液流電池，其

容量同功率不能完全解耦，還存在容量收到鋅電極的限制問題。根據(jù)

ESPIaza長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能網(wǎng)報(bào)道，在黃河水電百M(fèi)W光伏項(xiàng)目中，安裝的

1MWh鋅澳液流電池實(shí)際運(yùn)行的循環(huán)效率低于60%,受技術(shù)問題制

約明顯。

鋅澳液流電池的優(yōu)勢(shì)主要在其成本，包括其電極及隔膜材料的主要成

分均為塑料，不含重金屬，價(jià)格低廉，可回收利用且對(duì)環(huán)境友好；其

溶液為常見的油田化學(xué)品，價(jià)格低廉，原料易得；鋅和澳也是較為常

見的資源。鋅澳液流電池采用的隔膜是一種微孔膜，不是質(zhì)子交換膜,

價(jià)格便宜，進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格100元/平米，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品價(jià)格50元/平米，

遠(yuǎn)低于全銳液流電池和鐵銘液流電池所使用的nation膜價(jià)格。根據(jù)

《液流電池商業(yè)化進(jìn)展及其在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景》（宋子琛、張寶

鋒、童博、鐘祎就、亢猛）論文，當(dāng)前4小時(shí)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)的鋅澳液流電

池成本為2000-3000元/kWh。

目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行的鋅澳液流電池示范項(xiàng)目較少。技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)上主要

以北京百能匯通（鋅澳業(yè)務(wù)目前被恒安儲(chǔ)能收購(gòu)）、安徽美能儲(chǔ)能系

統(tǒng)有限公司、陜西華銀、特變電工股份有限公司為主。百能匯通2016

年為華能拓日格爾木光伏電站設(shè)計(jì)了一個(gè)復(fù)合型儲(chǔ)能系統(tǒng)，包含采用

1MW/4MWh的鋅澳液流電池，2018年在黃河水電百M(fèi)W光伏發(fā)電

實(shí)證基地20MW儲(chǔ)能項(xiàng)目中提供了1MWh鋅澳液流電池系統(tǒng)。2017

年，陜西華銀下屬的華秦儲(chǔ)能技術(shù)有限公司（華秦科技）同大連化物

所合作開發(fā)了國(guó)內(nèi)首套5kW/5kWh鋅溟單液流電池儲(chǔ)能示范系統(tǒng)，

在陜西省安康市陜西華銀廠區(qū)內(nèi)投入運(yùn)行。鋅澳單液流電池有別于傳

統(tǒng)鋅澳液流電池技術(shù)，其正負(fù)極采用相同電解質(zhì)溶液，將正負(fù)極的儲(chǔ)

罐合并，只需要1套電解液儲(chǔ)存及循環(huán)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量密

度高、成木低的優(yōu)點(diǎn)，PrimusPower公司的EnergyPod2產(chǎn)品同樣

采用了單液流的形式。因此，從當(dāng)前看，鋅澳液流電池的技術(shù)難點(diǎn)仍

需要進(jìn)一步克服，示范項(xiàng)目的絕對(duì)數(shù)量和規(guī)模仍然較小，該技術(shù)路線

距離成功商業(yè)化仍有距離。

行業(yè)前景展望

降本是當(dāng)前行業(yè)發(fā)展的首要工作

根據(jù)前文，目前全機(jī)液流電池中成本中43%是電解液，27%是膜，

其他零部件合計(jì)占比約30%0因此電解液和膜的降本是全機(jī)液流電

池降本的重點(diǎn)方向。電解液的降本途徑主要包括降低單kWhV2O5用

量、減少加工費(fèi)用、電解液租賃。根據(jù)《全鋼液流電池的技術(shù)進(jìn)展、

不同儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)系統(tǒng)的價(jià)格分析及展望》（張華民），在V2O5價(jià)格為

10萬元/噸的條件下，鋼電解液的價(jià)格為1500元/kWh,目前1kWh

鈕電解液需要使用8~9kgV2O5,因此僅V2O5的成本就有800-900

元，占成本的60%左右，余下的600元?jiǎng)t主要是加工費(fèi)用。

電解液?jiǎn)挝挥昧康慕档腿Q于配方的研發(fā)。降低V2O5成本的路徑首

先是降低單kWhV2O5的用量，理論上儲(chǔ)存1kWh的電能需要

5.6kgV2O5,在電解液的利用率為70%的條件下，實(shí)際上儲(chǔ)存1kWh

的電能大約需要8kgV2O5,這也是當(dāng)前行業(yè)的平均水平。如果將電

解液利用率提高至80%,實(shí)際上儲(chǔ)存1KWh的電能大約需要

7kgV2O5,V2O5月量減少12.5%,原材料成本也會(huì)有對(duì)應(yīng)下降。提

高電解液利用率實(shí)際上就是在充放電的電壓范圍提升它的活性，可以

通過在電解液的添加劑實(shí)現(xiàn)，這一降本路徑取決于廠商對(duì)添加劑在內(nèi)

的電解液配方的研發(fā)。規(guī)模效應(yīng)和生產(chǎn)流程縮短能夠降低加工費(fèi)用。

加工費(fèi)用上，目前全鋼液流電池行業(yè)仍然在發(fā)展，規(guī)模仍然較小，若

后續(xù)需求擴(kuò)大帶動(dòng)產(chǎn)能和產(chǎn)量增加，單kW加工費(fèi)用將因規(guī)模效應(yīng)減

少。此外，目前我國(guó)電解液的生產(chǎn)需要經(jīng)歷由鋼渣/石煤到V2O5,再

由V2O5到電解液共兩個(gè)環(huán)節(jié)，如果直接由釵渣/石煤制作電解液，

生產(chǎn)流程將會(huì)縮短，成本也會(huì)因此而下降。

電解液租賃可降低項(xiàng)目初始投資成本。在機(jī)電池充/放電過程中，僅

僅是涉及到電解液中專凡離子的價(jià)態(tài)變化，電解液中的鋼離子并不會(huì)被

消耗，因此鋼電解液在長(zhǎng)時(shí)間使用后殘值率較高，可循環(huán)使用。在電凡

電池初始投資成本較高的情況下，電解液租賃模式應(yīng)運(yùn)而生。該模式

由租賃公司出資購(gòu)買電解液，液流電池出資方與租賃公司簽訂租賃合

同，向租賃公司支付租金。出資方初始投資的前期投資壓力降低，項(xiàng)

目現(xiàn)金流得到優(yōu)化，電解液租賃公司也能夠獲得穩(wěn)定的現(xiàn)金流。該模

式已經(jīng)在大連融科和海螺融華的“根陽(yáng)海螺水泥6MW36MWh項(xiàng)目”

得到首次應(yīng)用。

膜成本的降低主要來自于國(guó)產(chǎn)替代以及其他品種膜的開發(fā)。目前全球

范圍內(nèi)全電凡液流電池主要采用的膜是美國(guó)Nafion膜，價(jià)格高昂。根

據(jù)《樂山偉力得全銳液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)智能生產(chǎn)線技改擴(kuò)建項(xiàng)目建設(shè)

項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告表》，生產(chǎn)1kW全銳液流電池需要消耗的膜面積

為0.83平米。如果按nation膜每平米一萬元的價(jià)格計(jì)算，1kW/4kWh

系統(tǒng)中膜成本約為830元，占總成本的27.7%。如果膜價(jià)格下降至

原來的一半或是僅1/10,單kW膜成木或僅415元、83元，成木大

幅下降。根據(jù)星辰新能董秘許曉晨在2023年5月接受第一財(cái)經(jīng)采