全釩液流電池技術分析
因全球氣候變暖，全球開始向低碳化轉型。儲能作為低碳過程中不可或缺的一環，近兩年來發展飛速。目前主要的儲能電池是鋰離子電池，但由于鋰電池原材料價格逐漸離譜，資本將目光轉向了性質優良的液流電池。
釩電池發展歷程
液流電池有非常豐富的發展歷程，最早是美國NASA在1973年開始研究，當時的研究體系主要是Fe(3+)/Cr(2+)電對；
1976年，研究學者發現釩可以作為液流電池的活性物質；1988年，學者們在理論上證明了釩電池的可行性，次年，全釩離子氧化還原液流電池正式問世，并獲得專利。
隨著研究學者的不斷深入研究，有關釩電池電極、電解液、隔膜等的文章層出不窮。釩電池優勢及缺點逐漸被人們所認知。
釩電池相較于其他儲能電池有以下優點。首先是電池容量與輸出功率相對獨立，電池容量只取決于電解液濃度與電解液的多少，輸出功率則取決于電堆的大小；
其次釩電池充放電只有釩離子價態的變換，可實現深度放電；同時只有一種離子發生反應，無其他干擾，理論壽命是無限的；
當釩電池系統關閉時，電池無自放電現象，響應速度快，可實現瞬間充電，且無安全隱患；最后是電池的回收處理相較于其他電池更簡單方便，對環境無危害。
缺點也很明顯，釩電池目前能量密度低，僅能達到40Wh/kg，與一線鋰離子電池相差十倍不止；釩電池成本相較于鐵鋅等其他液流電池來說要高很多，且占地面積大，工作溫度區間狹窄，限制了釩電池的應用領域。
釩電池原理及材料
釩電池主要由電解液、電極、選擇性質子交換膜、雙極板和集流體組成。
其中又以電解液所占成本比例最高，能達到50%。正負極電解液的主要成分是不同價態的釩離子硫酸溶液，在工業領域，電解液最關鍵的原料為五氧化二釩，而五氧化二釩的來源，目前國內主流是從釩鈦磁鐵礦煉鋼過程中產生的釩渣中提取五氧化二釩。
目前釩電解液制備方法主要有三種：物理溶解法、化學還原法、電解法。
其中物理溶解法是采取硫酸直接溶解高濃度的硫酸氧釩固體值得；
化學還原法則是采用單質硫、亞硫酸等還原劑在一定條件下將五價釩還原成四價或三價釩；
電解法是目前主流的制備方法，以五氧化二釩為原料，在硫酸中制得，運行溫度一般為零下5℃至50℃。
此外，在電解液中加入一些添加劑也會影響電解液性能。如加入甲磺酸、甘油、正丙醇等添加劑均可提升電解液能量效率或能量密度。
在電極領域，釩電池電極主要有碳素類電極、金屬類電極與復合電極。其中碳素電極具有穩定性強、耐腐蝕、導電性好、成本低等特點，但電化學活性差，有待進一步改進。
金屬類電極具有導電性好、機械性能高、電化學活性較高等優點，但放電過程中易形成鈍化膜，嚴重影響反應。
復合電極一般為高分子聚合物與碳素類材料混合加工成型制得，具有內阻低、電化學穩定性好、電導率高等優點。
在隔膜方面，目前應用最廣泛的陽離子交換膜為Nafion膜，該膜電壓效率高達90%以上，導電率好，增大膜厚度，能有效提高電池效率，但成本會增加。
陰離子交換膜在釩電池中通過膜內電解陰離子和電解中的硫酸根離子等陰離子交，完成載流子的傳輸。
此外，兩性離子交換膜是目前的研究熱點之一，其具有陽、陰離子交換膜的特點。
政策及上下游動作
近年來，我國出臺了多項釩電池相關的政策及標準，2018年，國家能源據發布《全釩液流電池維護要求》及《全釩液流電池 安裝技術規范》；
2019年，國家能源局發布《全釩液流電池儲能電站安全衛士技術規則（征求意見稿）》；
2021年，國能源局與發改委發布《加快推動新型儲能發展的指導意見》，《意見》中指出堅持儲能技術多元化，實現液流電池等長時儲能技術進入商業化發展初期；到2025年，由商業化初期向規模化發展轉變。
讓資本最為關注的一條政策是今年6月發布的《防止電力生產事故的二十五項重點要求（征求意見稿）》，規定大型儲能電站中不得使用三元鋰電池及鈉硫電池。這條政策一出，市場反響強烈，7月，釩電池相關概念股集體大漲。
釩電池產業鏈目前可以上游五氧化二釩的原料生產，中游各部件的配套、下游整裝生產三大環節。
上游原材料相關企業包含釩鈦股份、河鋼股份、川威集團、龍佰集團、中核鈦白等。
中游電解液生產相關企業包含大連融科、湖南銀峰、河鋼股份等；電堆目前由釩電池生產企業內部供應；隔膜相關企業包含科慕、東岳集團、蘇州科潤等；電極企業包括遼寧金谷、納斯新材料、甘肅富萊等。
下游整裝生產企業包含大連融科、北京普能、偉力得、國網英大等。目前上下游企業基本已經完成綁定，釩鈦股份與大連融科達成合作，河鋼股份與北京普能達成合作，中核鈦白與偉力得達成合作。
目前已建成投產的項目有：
2012年，融科儲能與國電龍源合作建成的臥牛石風電場5MW/10MWh全釩液流電池儲能示范電站，目前已運行10年。
2021年3月，北京普能與湖北高新區管委會簽訂“年產50兆瓦釩電池儲能系統”協議；
2021年6月，寧夏偉力得GW級全釩液流電池正式投用；
今年9月，永泰能源與海德股份合伙成立德泰儲能公司，目前該公司與永泰能源所屬火電廠合作建設30MWh全釩液流電池儲能輔助調頻項目也已經落地。
今年10月中旬，全球功率最大、容量最大的液流電池儲能調峰電站——大連液流電池儲能調峰電站投用，該電站股東之一為大連融科。
未來展望
國家政策在推進新能源行業發展，鼓勵發展全釩液流電池，同時我國釩資源非常豐富，儲量排世界第一，且釩電池因其獨特優點，可廣泛應用至風電光伏、電網調峰、應急電源、軍用蓄電等諸多領域，具有廣闊的發展前景。
但目前釩電池產業屬于剛剛興起的階段，雖然已擁有完整的產業鏈，還存在市場規模小、認知度低、產能不足等諸多問題待解決。
目前研究方向主要有：開發高穩定性、高濃度的電解質；開發高離子選擇性、低成本的隔膜；開發高導電性、高電化學活性的電極材料；進一步優化電堆設計，提高能量效率；進一步研發低成本、高穩定性的集成及智能控制技術等。
據EVTank數據，2021年我國釩電池新增裝機量0.13GW，預計2022年新增裝機量達到0.6GW，到2025年，釩電池新增裝機規模有望達到2.3GW以上。
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