$20+技术路线，哪种液流电池终将“脱颖而出”？

$钒钛股份(SZ000629)$  20+技术路线，哪种液流电池终将“脱颖而出”？

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 2024年12月20日 11:30 浙江 5人

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随着我国风力、光伏等可再生能源发电渗透率不断提升，新能源装机及电量占比大幅提高，电力系统对长时、稳定、可靠的电力支撑的需求增大；同时，为避免自然灾害和能源供应紧张问题导致电价上涨、增加电网运营成本问题，在后端适配更为稳定的长时储能系统，成为了电网未来发展的一大方向。

其中，液流电池储能因其具有安全性高、储能容量可再生、使用寿命长、环境友好等优点，被认为是可满足未来大规模、长时间、高灵活性储能场景的新型长时储能技术之一。

同时，相对于其他长时储能技术，液流电池储能的经济性优势表现在寿命长、全生命周期成本低、容量扩充成本低、建设选址更方便等。

说到液流电池储能，就不得不提到其中的液流电池，这是一种利用某些元素(通常是金属)氧化状态下的能量差异来储存或释放能量的新型蓄电池。其技术路线已分化出全钒液流电池、铁铬液流电池、锌基液流电池、铁基液流电池等20多种技术路线。其中全钒液流电池是目前技术成熟度及商业化程度最高的技术路线，而其余路线仍存有一定的局限性。

对此，势银储链整理了当下较为主流的几种液流电池技术路线，简要分析其优劣，以供参考。

  全钒液流电池

全钒液流电池是以钒为活性物质呈循环流动液态的电池，其工作原理是利用外接泵将电解液压入电堆体内，在机械动力作用下电解液在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动、流过电极表面并发生电化学反应，随后双电极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。

从技术角度来看，全钒液流电池主要有以下几个优点：

全钒液流电池储能系统本征安全，运行可靠，全生命周期环境友好；

全钒液流电池储能系统的输出功率和储能容量相互独立，设计和安装灵活，适用于大规模、大容量、长时储能；

能量转换效率高，启动速度快，无相变化，充放电状态切换响应迅速；

全钒液流电池储能系统采用模块化设计，易于系统集成和规模放大；

具有强过载能力和深放电能力。

从市场表现来看，钒电池作为液流电池中最先在长时储能应用市场中发展起来的技术路线，还具备示范项目运行多年、产业链逐步成型、全生命周期成本低等优势。

但事实上，全钒液流电池电解液离子浓度、纯度、稳定性、利用率等方面均有待提高，且对布置灵活性、温度环境要求较高，造成全钒液流电池理论上占地面积较大，初投成本过高；同时对于钒资源的依赖程度高问题并未解决，电解液部分降本可控性较为薄弱，如何获取稳定的、性价比高的钒资源供应仍是关键所在。

因此，以目前全钒液流电池储能技术发展来看，全钒液流电池市场发展与技术进步是相辅相成的关系——全钒液流电池储能项目的落地带动了相关技术的突破，使得大功率储能系统开始投入实际应用；另一方面，技术水平的提升是钒电池市场规模扩大及长期可持续发展的重要影响因素，不仅从提高稳定性、 耐久性方面推动项目落地，还能有效加快钒电池系统降本进程。

  锌溴液流电池

锌溴液流电池是目前除全钒液流电池以外商业化较为成功的液流电池技术之一。该电池的主要优势在于电池活性物质浓度高，理论能量密度高达435Wh/kg, 意味着相同容量的锌溴液流电池比其他电池所需电解液体积更少，实际应用中占地面积更小。

同时，在众多种类的锌基液流电池体系中，锌溴液流电池是为数不多的正、负极两侧电解液组分(溴化锌)完全一致的体系，不存在电解液交叉污染问题，且电解液原料丰富，价格经济、稳定，再生简单。

此外，该电池隔膜采用微孔膜，可与锂电池通用(厚度不同)，价格便宜。因此，锌溴液流电池的系统成本远低于全钒液流电池。

不过从实际来看，锌溴液流电池研发技术难度较大，发展不如预期火热。主要原因是其性能受到锌负极的制约，负极半电池发生的是金属锌的沉积溶解反应。因此，除了存在锌枝晶和锌积累、电池面容量受限、电池工作电流密度偏低等锌基液流电池共性问题外，还有络合态溴电对活性偏低的个性问题。

此外，锌溴液流电池储能技术规模化应用还需要解决电解液维护频次偏高、串联电堆之间的均一性等问题。

  锌铁液流电池

锌铁液流电池依靠锌酸盐离子和铁离子之间的电化学反应来实现电能的储存和释放。根据电解液酸碱性的不同，可以分为碱性、酸性和中性锌铁液流电池三类：

碱性锌铁液流电池：是目前锌铁液流电池市场的主要发展方向，其正、负极活性物质分别为铁氰化物、碱性锌酸盐；

酸性锌铁液流电池：优势是理论上具有更高的能量密度，但电池负极受PH 值影响较大，电解液酸性过强可能会引发析氢反应；

中性锌铁液流电池：电解液无腐蚀性、更温和，可以利用多孔膜来替代传统离子膜，从而在提高电池性能的同时降低电池成本，但其铁离子的水解会导致电池循环性能下降。 

总体来看，锌铁液流电池有着电解质原料丰富、价格稳定、运行温度范围较广(-10℃-45℃)、运行pH 范围宽等优点，但其负极侧锌枝晶和面容量有限两大问题也不可忽略，因此从目前来看锌铁液流电池商业化进程仍较缓慢。

  铁铬液流电池

铁铬液流电池是利用溶解在盐酸溶液中的铁、铬离子价态差异进行充放电的液流电池类型。在充电过程中， 铁离子(Fe2+) 失去电子被氧化成铁离子(Fe3+), 铬离子(Cr3+) 得到电子被还原为铬离子(Cr2+); 放电过程与充电相反。铁铬液流电池的特有优势主要体现在环境适应能力和制造成本方面：

环境适应性更强：该电池能够在-20℃~70℃环境下正常工作，运行温度范围更广，未来或将成为寒冷环境下的储能利器。

制造成本较低：该电池的电解液原材料主要是铁和铬，这两种金属国内储量丰富、价格 稳定且整体便宜，因而电解液成本仅占总成本10%。就单位初始投资而言，在长时储 能场景下，铁铬液流电池要低于全钒液流电池。

然而，铁铬液流电池产业化仅处于起步阶段，发展较为缓慢的原因在于技术难点尚未突破，技术成熟度仍有待提升。

铁铬电池在充电过程中，负极侧会发生析氢反应，导致能量损失和效率降低，还会缩短电池寿命；

电解液中铬离子活性较差，导致电池的最佳工作温度较高、能量转换效率降低，需要添加催化剂，从而导致成本的上升；

活性物质(铁和铬)利用率仅为60%左右，致使电池的能量密度和功率密度降低；

铁铬液流电池正负极电解液并不一致，也就有了互串交叉污染的可能，会降低电池容量和效率，为此需要用具备高选择性的离子传导膜。

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总体来说，随着国内相关企业与高校的不断突破及液流电池储能项目不断落地开工，我国液流电池储能技术已得到了大幅度的提升，部分技术路线也已得到了实际的验证。

为此，结合当下发展实际，势银储链认为：我国液流电池技术路线已呈现多元化发展的态势，但短期内仍将以全钒液流电池为主流，且该技术路线仍具有较大的发展潜力；同时随着未来新能源发电的进一步发展，液流电池储能发展市场将更为广阔，且储能时长也将逐步向着4h及以上的更长储能时长发展。

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文章来源：势银储链

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