能否取代锂电池，钒电池成储能行业最优选择？

近几年，随着新能源行业的兴起，尤其是光伏、风能等产业的不断扩张，对于储能的需求与日俱增。当前储能市场处于扩张期，各大企业都在紧锣密鼓抢占市场，而抢占市场的关键便是寻找更具性价比的技术。

市场中储能电池路线选择非常丰富，包括铅酸电池、锂离子电池、超级电容、钠硫电池、钒电池等等。不过在今年，国家能源局发布文件表示，将三元锂离子电池、钠硫电池从中大型电化学储能方案中剔除。同时，钒电池开始进入到国家级大型化学储能示范项目当中，这意味着钒电池的春天到来了吗？

特点鲜明的钒电池

钒电池全称为全钒氧化还原液流电池，也称作钒液流电池（英文缩写VRB），是一种可充电的液流电池，通过采用不同氧化态的钒离子来储存化学势能。目前大多用于电网储能，例如连接到发电厂或电网中。

钒电池的发展最早可以追溯至1933年，由P. A. Pissoort所提出，将钒应用在电池领域，后续人们也进行了诸多尝试。直到上世纪80年代，澳大利亚新南威尔士大学的Maria Skyllas-Kazacos首次成功地研制出全钒液流电池，并在1986年申请了专利。

钒电池的优点在于，方便规模化，电池的容量完全取决于储罐的大小，既可以做到微波炉那么大，也能做到小型别墅那么大，电池容量几乎没有上限。

也可以在完全放电的情况下长时间保存而没有其他不良影响，即便没有可用的电源为其充电只需要更换电解质就能再进行充电。即便电解质不小心混合了，电池也不会遭受到永久性的损害。

这也意味着电池的安全性非常好，即便有大电流与过充过放的情况发生，也毫无压力，并不会起火或爆炸。同时使用寿命长，通常用个20年也没有问题。

之所以将三元锂电池与钠硫电池禁止在中大型化学储能电站中使用，便是因为安全问题。钠硫电池核心温度较高，外层需要防高温材料包裹，一旦破损会造成安全事故。三元锂电池有内短路风险，主要是锂晶体生长造成。

动力电池因充放电次数增加会出现容量快速衰减问题，在无人值守情况下可能出现过充风险。相比之下，钒电池由于安全性高的缘故，比较适合与中大型储能电池中的应用。

当然，缺点在于钒氧化还原技术有相对较差的体积比能量，通常只有15-40Wh/L，甚至不如铅酸电池，这也让钒电池设计体积都很大，基本只能做固定式的应用。

并且钒电池对于环境温度有较高要求，一旦温度超过45℃，正极溶液就会析出五氧化二钒沉淀物堵塞流道，使电池无法正常工作，最终报废。但电解液只要反应就会放热，因此温度控制有难度。当然现在的电解液经过调试，可以保持在50℃以内都不会析出沉淀物。

此外，这种电池中的钒化合物具有较强的毒性。相比之下，磷酸铁锂电池中的磷酸铁锂几乎是无毒的，同时电池本身也不具有有毒重金属或其化合物。而三元锂电池的主要材料之一，锰酸锂也是无毒的。

钒电池能否成为储能市场的未来？

中国对钒电池的研究始于上世纪90年代末，到2008年，大连融科储能技术发展有限公司成立，成为国内首家专门从事钒电池销售的企业，2009年，北京普能世纪科技有限公司收购全球最大钒电池企业加拿大VRB Power System公司。

目前钒电池核心技术主要掌握在日本、中国、澳大利亚、加拿大等国。同时钒电池产业链发展也处于早期阶段，具备钒电池技术的企业数量较少。

值得一提的是，中国是钒电池原材料的最大生产来源国。据统计，2021年中国钒矿产量达到7.3万吨，较2020年增加了2万吨，占全球产量的66.36%。中国钒资源储量占全球39%，与产量同处世界第一，而锂资源中国储量占比仅为7%。

需要注意的是，尽管国内在储量及产量上占有优势，但由于钒电池产业还处于初级阶段，因此成本较高。一方面由于运行电流密度较低，导致电堆成本较高；另一方面由于钒电解液本身价格较高，加上利用率仅为60%左右，导致电解液成本也较高。

同时在短时储能上（2小时以内），钒电池的投资回报率是低于锂电池的，经济性也较差。在4小时储能中，钒电池与锂电池经济性已相差不远。随着储能时间的拉长，尤其是8小时以上时，钒电池的经济性将显著提升并超过锂电池。

因为钒电池的特性，只需要增加钒电解液的容积就行，这也意味着储能时长越长，钒电池的单位投资成本也就越低。

目前钒电池成本达到3-3.2元/Wh，是锂电池的2-3倍，铅酸电池的3-5倍，其中钒电池中电解液成本约占总成本的41%。有机构预测，未来5年内钒电池成本将降至2元/Wh，未来十年成本降至1.3元/Wh。

麦肯锡预测，2025年全球8小时以上的长时储能累计装机量将达到30-40GW，2040年将达到1.5-2.5TW，也是目前全球储能系统装机量的8-15倍。2021年，钒电池在国内新兴储能中装机占比还不足1%，有巨大的发展潜力。

据统计，2022年1-10月期间，国内包括备案、开工、在建、中标、招标等全钒液流电池项目规模合计达到1.3GW/5.4GWh。其中，已经开工、中标、在建的项目合计超过2.0GWh，预计将于2023年逐步落地。

从储能招投标来看，部分2小时储能项目已经配备了10%的钒电池，部分4小时及以上储能的项目配备了50%甚至100%的钒电池。2022年上半年，在建独立储能电站中钒电池的规模已达到302MW/1104MWh，占2022年上半年在建独立储能电站4%，增长迅速。

小结

钒电池的特点在于方便规模化、安全性高以及寿命较长，但由于系统效率较低，导致钒电池通常体积较大，并不适用于移动，只能作为中、大型储能设备使用。并且由于当前材料成本较高，让钒电池在中低时长储能领域中并不具备太大的经济效益，随着储能时间的拉长，钒电池的作用便愈发凸显。未来随着钒电池成本的下降，或许将在中低时长储能市场中也占有一席之地。

（黄山明 电子发烧友网）

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