储能行业专题研究系列四：钒液流电池兼具安全与灵活的长时储能技术未来前景可期

内容目录储能市场高速增长，新型储能蓬勃发展 5新型储能方式介绍 5政策+经济性双轮驱动，储能迎来爆发式增长 5钒电池兼具灵活与安全，是储能的可靠手段 10钒电池基本结构与特性 10钒电池高安全、长寿命、灵活性高，是长时储能的有效方式 12政策持续加码，钒电池产业化进程加速 142026年液流电池新增装机量有望达到19.6GWh 15产业链：电堆与电解液是核心组成部分 17钒资源：国内储量丰富，钒产能充足 17离子膜：自主研发正当时 19电极：碳素类材料为主流路线，国内企业配套能力强 21双极板：电堆重要结构件 22电堆：钒电池核心功率单元 23电解液：核心能源单元，残值高回收价值大 24钒电池产业链企业梳理 27图表目录图储能技术分类 5图全球新型储能累计装机规模（GW） 6图全球新型储能新增装机规模（GW） 6图2022年底全球储能市场累计装机规模（GW、） 6图2023年7月全国各地代理电价峰谷价差（元/kWh） 8图2022年全球户用储能新增装机分布情况 8图德国电价指数KWK-Preis（EUR/MWh） 9图美国主要州际交易所电力加权平均价格（USD/MWh） 9图全钒液流电池结构示意图 10图钒电池发展历程 10图全球液流电池累计装机规模（MW） 11图国内液流电池累计装机规模（MW） 11图钒电池电堆结构图 11图1MW/4MWh钒电池系统成本构成 12图钒液流电池储能系统输出功率与储能容量可以独立设计 13图不同储能时长下全钒液流电池储能系统价格（元/Wh） 14图钒电池产业链示意图 17图2022年全球钒资源储量分布（折金属钒，万吨） 17图2022年全球钒资源产量分布（折金属钒，万吨） 17图国内金属钒主要生产方式 18图2021年各家企业金属钒产能（折五氧化二钒，万吨） 18图2021年全球钒资源的消费结构 18图2022年全球钒资源的消费结构 18图五氧化二钒售价（万元/吨） 19图液流电池电堆结构图 23图大连200MW/800MWh储能示范电站模块化结构示意图 23表储能电池细分应用领域介绍 6表部分省份强制配储政策 7表全球新型储能市场装机情况（GWh） 9表钒电池系统主要组成结构及各组分的功能 11表几种电化学储能技术对比 12表三种长时储能技术的特性对比 13表国内外钒液流电池相关政策 14表2023年初以来钒液流储能项目签约情况（截至2023年7月21日） 15表全球液流电池新增装机规模预测 16表不同五氧化二钒价格对应的电解液成本测算 19表离子膜的性能要求 19表钒电池离子膜的分类 20表国内外部分企业全氟磺酸膜性能对比 20表国内部分全氟磺酸膜生产企业情况 21表不同钒电池电极材料对比 21表部分国内电极材料生产企业情况 22表双极板材料对比 22表部分国内企业双极板布局情况 23表部分国内企业钒电池电堆布局情况 24表不同支撑电解质的钒电池性能对比 25表不同储能时长钒电池实际投资成本情况 25表部分钒电池电解液企业情况 26表钒电池产业链部分公司情况梳理 27储能市场高速增长，新型储能蓬勃发展新型储能方式介绍新型储能具有选址灵活、响应快速等优势。按照存储介质的不同，储能技术可划图1：储能技术分类资料来源：派能科技招股说明书，谢小荣等.新型电力系统中储能应用功能的综述与展望[J].中国电机工程学报（2023），政策+经济性双轮驱动，储能迎来爆发式增长CNESA数据，2022年全球新型储能累计装机量达到45.8GW，同比增长超80新增新型储能装机量为20.4GW，同比增长超99。截止2022年末，全球新型储能项目中94为锂离子电池储能项目、0.6为液流电池储能项目。根据应用场景不同，储能可以分为电源侧储能、电网侧储能、用户侧储能等。根CESA/电源侧辅助服务/电网侧/分布式及微网/用户侧等场景装机规模占比分别为30.9/32.1/26.6/4.2/6.2。图全球新型储能累计装机规模（GW） 图全球新型储能新增装机规模（GW） 资料来源：CNESA， 资料来源：CESA，图年底全球储能市场累计装机规模（GW、）资料来源：CNESA，；注：钠系电池主要为钠硫电池表1：储能电池细分应用领域介绍领域 系统带电量 作用 主流电池产品领域 系统带电量 作用 主流电池产品电源侧

发电\MWhMWh工商业储能:0.2-10MWh

调峰调频、可再生能源并网、辅助动100/200/280Ah态运行等电电侧 100KWh以下 紧备电 20/50Ah/100Ah用户侧 0.5-20KWh 峰谷价差套利、电力自发自用等 50/100Ah资料来源：高工锂电，表前储能（电源侧储能（含辅助服务）+电网侧储能）：政策引领行业快速发展根CNESA20227.3GW/15.9GWh，同比+200/+280；其中新增表前储能装机占比超92。储能配置优化新能源发电灵活性，强制配储政策加快国内表前储能发展。从电源侧来看，配置储能能够有效减少废光废风率、平滑输出功率曲线，提高新能源项目经济效益；从电网侧来看，储能产品能够有效参与电力市场辅助服务（包括调频调峰、无功调节等）。20212021815的挂钩比（时长4小时以上配建调峰能力按照20以上挂钩比例进行配建的优先并网，国家强制配储政策正式推出。随后各地方政府分别推出相应配储政策，国内表前储能市场进入快速发展期。省份强制配储要求主要内容陕西省份强制配储要求主要内容陕西2h新集中光伏电项，陕、关地区延安按照10配；榆市按照20配储河南~20I1015山东、2h、长为2h风、光项目配10、2h储能贵州2021年增光项目,在纳受区域配10储能宁夏、2h新源项储能置比不低于10、续储时长2小以上福建20213010广西 、2h 光伏配比例15、长为2h；风配比例20、长为2h冀电网城围、丰两县上地所有电、伏发项目照20、4小，其区域按河北 ~20、4h

照154小配置能装河南网域所光伏电项按照104小配置能装(或、2小)配储能置。安徽 、1h 储电站置比不低于10、续储时长1小时内古 、4h 新负荷配置新能项目建储比例低于能源置规的15（4小）甘肃 5+、2h 河西5市置10以、2h储；其地区置5以、2h配储能施海南 每申报伏平上网目规不得过10万瓦，需配建设10的能装。青海 、2h 新新能项目储能量原上不于新源项装机的10，能时长2小以上。江西 10、1h 2021年增光发电争优的的目，自愿择光一体的建模式配置能标不低光伏站装规模的10容量/1小，储电站则上晚于伏电同步成。天津 ~20单超过50MW项,光配储10、电储能15湖南 10、2h 光项目储52h,风项目储15新项目建储电站与主工程步投使用,存量项目(指2021年前取得指标的项目)应于2022年底前落实配建储能容量资料来源：各省发改委、能源局官网，北极星储能网，商业模式优化，增益储能项目经济性。在强配政策背景下，各地方政府纷纷提出政策补贴优化储能项目经济性。同时，共享储能等商业模式的提出，通过服务多个发电项目的模式，减少新能源项目初始建设资本开支、提高资源利用效率，优化配储经济性。CNESA同比+39其中表前储能装机占比超90联邦政策和地方政策对20228IRAITC1）抵免有效期延长：202220332）抵免力度增加：税收抵免由基础抵免+额外抵免构成，其中基础抵免额度由过去最高的26提升至30、结合额外抵免后最高可抵免税收的70。3）独立储能纳入ITC补贴范围。用户侧储能：刚需+电价高企助推发展国内峰谷价差拉动工商业储能发展。据中关村储能产业技术联盟统计，2023年70.6/KW202全年价差0.0/kh，20236180.70/kWh图7（元/kWh）资料来源：中关村储能产业技术联盟，户储市场高速增长，美国&欧洲引领发展。EVTank202215.6GWh，同比+136；其中欧洲占比高达36以上。图6：2022年全球户用储能新增装机分布情况资料来源：EVTank，电价偏高+用电稳定性推动户储市场发展：1）灾害频发下用电稳定性需求推动户储发展。美国的电力设施相对老旧且各州电网相对独立，相互之间难以调度协同，在飓风、暴风雪等自然灾害频发影响下，居民会遇到用电中断等问题。户储能够有效保障居民用电的稳定性。2）居民用电偏高，户储经济性明显。近年来通货膨胀影响下能源价格持续居高不下，海外居民电价高、上网电价低，政策给予税收优惠及资金补贴下户储具有较高经济性。图德国电价指数KWK-Preis（EUR/MWh） 图美国主要州际交易所电力加权平均价格（USD/MWh） 资料来源：EIA， 资料来源：EEX，2023133GWh，2026810GWh，2023-2026年均复合增速达到82。/欧洲/场景来看，表前储能/工商业储能/户用储能2026年新增装机分别为548/75/187GWh。202120222023E2024E202120222023E2024E2025E2026E表前储能9103271120169户用储能125101621美国工商业储能001357小计11123884141197YOY162111206939表前储能3410224259户用储能26153669104欧洲工商业储能11481522小计5102867126185YOY1001711378947工商业储能025112131表前储能41441103186279小计51646115207310YOY2241891508050户用储能2410234362其他地区（日本工商业储能01261015韩国、澳大利亚表前储能1110183242等）小计35214785119YOY1142941208040户用储能5112970128187工商业储能2412285075全球表前储能172993215381548合计2344133312559810YOY932041347945、中国、资料来源：WoodMackenzie，ACP，Delta-EE，EASE，SPE，CNESA，GGII，与预测钒电池兼具灵活与安全，是储能的可靠手段钒电池基本结构与特性全钒液流电池（简称钒电池）是以钒为活性物质呈循环流动液态的电池。钒电池工作原理为使用外接泵把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。图9：全钒液流电池结构示意图资料来源：融科储能官网，A.Pellegri19782022（以钒液流电池为主）累计装机规模为274.2MW，在全球新型储能中占比0.6。其中中国液流电池累计装机为157.2MW，在国内新型储能中占比1.2。图10：钒电池发展历程资料来源：张华民,《液流电池技术》,化学工业出版社,(2015.1)，图全球液流电池累计装机规模（MW） 图国内液流电池累计装机规模（MW）资料来源：CNESA， 资料来源：CNESA，钒电池系统主要由功率单元、能量单元、电解液输送系统、电池管理系统、储能逆变器等组成，其中功率单元和能量单元是核心构件。功率单元-电堆能量单元-电解液正极为+4/5+2/3，其分别存储在正负极储液罐中。电解液的体积和浓度决定了钒电池的储能容量。组成 主要部件 功能表4：钒电池系统主要组成结构及各组分的功能组成 主要部件 功能功单元 电（包电极离子、电框、封垫双极、发电化反应主要所，定了池的率大小集板、流板紧固、端等）能单元 电液、液罐 存反应需的性物钒子决了电的储容量电液输系统循泵、路、门等 系运行负将电液从液罐送到堆反后再使电解液从电堆回流至储液罐中电管理统 传器（测温、压、电、电、漏等）电实各电、设仪表储能准单运行态参的监、动门、向阀、电开关 分式控及联保护保证统正运行储逆变器 电元器（IGBT、容、感、抗等、机、机将统储的直电转为交电箱资料来源：姜鹏等.电解液输送系统对全钒液流电池储能系统性能影响.电源技术（2023），张华民,《液流电池技术》,化学工业出版社,(2015.1)，图13：钒电池电堆结构图资料来源：张华民.全钒液流电池技术最新研究进展.储能科学与技术（2013），钒电池中电解液与电堆的成本占比较高。电解液一次成本占总成本的35，其中60V5按13万元/吨计算的35而电堆成本中55来自于离子传导膜其他装（如管路与控制系统循环泵等）占总成本的30。图14：1MW/4MWh钒电池系统成本构成资料来源：张华民等.全钒液流电池技术最新研究进展.储能科学与技术（2013），张华民.全钒液流电池的技术进展、不同储能时长系统的价格分析及展望.储能科学与技术（2022），钒电池高安全、长寿命、灵活性高，是长时储能的有效方式钒电池安全稳定，契合储能电站对安全性的高要求。CNESA2022182022年，国家能源局在《防止电力生产事故的二十五项重点要求(2022锂离子电池内部短路、热失控进而导致有机电解液分解、气化、燃烧，是锂电电站起火爆炸的主要原因。而钒电池的电解液是水溶液，具有本征安全性；同时循环流动的工作方式还能帮助电池系统快速散热，安全性高。表5：几种电化学储能技术对比安全性

安性可受，铅需单体控，全性 好

比较好性能指标铅碳电池性能指标铅碳电池磷酸铁锂电池液流全钒液流电池电池锌溴液流电池钠硫电池功率上限十兆瓦级兆瓦级百兆瓦级百兆瓦级十兆瓦级能量密度（Wh/kg）30～60130～20015～5075～85100～250循环寿命（次））2500～5000>160002500～50002000～4500服役寿命（年）55>15>155储能系统效率～85～90～85～80>80容量衰减后不可恢复衰减后不可恢复可在线再生可在线再生衰减后不可恢复电池一致性良好较差好好好好一般中

不可过充电；钠、硫的渗会污染土壤和水源工温度（℃） 充：0～45放电：-20～55

能已有较大突破充电:0～45放电:-20～55

漏存在潜在安全隐患5～40 20～50 300～350深充放能力 不深度放电适宜15～85SOC使在0～100SOC使在0～100SOC使深适宜15～85SOC使，资料来源：中能建东北院蔡世超《储能在电力系统中的应用》主题报告（2020.09），李先峰等.能源革命中的电化学储能技术.中国科学院院刊（2019），钒电池安装灵活、建设周期短、寿命长，有望成为有效的长时储能方式。长时储4与抽水蓄能、压缩空气储能等长时储能技术相比，钒电池不受地理和地质条件约束、选址灵活，且项目建设周期短、对环境影响较小，在长时储能领域前景广阔。表6：三种长时储能技术的特性对比项目抽水蓄能压缩空气储能全钒液流电池能量转换效率（）7020-5075响应时间分钟～小时分钟～小时毫秒～秒建设周期（年）7.0～10.01.50.5适合规模100MW～10GW10MW～1GW100kW～500MW适合储能时间小时级～周级5～20h3～10h寿命（年）≥30≥30≥20功率-容量灵活性无无有选址及限制受限受限不受限技术进步空间小有大资料来源：严川伟.大规模长时储能与全钒液流电池产业发展.太阳能（2022），钒电池输出功率由电堆决定，储能容量由电解液决定，两者互相独立；功率可以通过增加电堆数量来提升、容量可以通过提升电解液浓度与Wh图15：钒液流电池储能系统输出功率与储能容量可以独立设计资料来源：张华民.全钒液流电池的技术进展、不同储能时长系统的价格分析及展望.储能科学与技术（2022），图16：不同储能时长下全钒液流电池储能系统价格（元/Wh）资料来源：张华民.全钒液流电池的技术进展、不同储能时长系统的价格分析及展望.储能科学与技术（2022），；注：此为2021Q3融科储能系统数据，以V2O5价格10万元/吨来计算当前钒电池商业化应用面临一些障碍：1）5-40℃，相对较窄；2）能量密度低，体积较大；3）初始投资额高，根据融科储能数据，钒电2.17.5元/W1.-1.5元/W。政策持续加码，钒电池产业化进程加速各国政府积极推出政策，支持钒电池行业发展。钒电池凭借灵活性、安全性等优势，在长时储能领域有望成为重要的储能方式，故而获得各国政府政策的积极支持。中国从总体规划、实施细节、安全规范等多方面积极推出细则，加快钒电池产业化进程。表7：国内外钒液流电池相关政策政策名称 日期 发布主体 政策要点政策名称 日期 发布主体 政策要点《全钒液流电池储能电站安全卫士技术规则》(征求意见稿)

2019年3月 中国能源局 从设计、管理、运行等方面设定详细的安全技术规则，促进全钒液流电池的规范化。《储能大挑战计划》 2020年1月 美国能源部 加速液流电池、钠系二次电池在内的下一代储能技术的开发、商业化和应用。《关于加快推动新型储能发展的指导意见》

2021年7月 中国发改委、能源局 到2025年实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变到2030年，实现新型储能全面市场化发展。《长时储能攻关计划》 2021年7月 美国能源部 资助开发液流电池争取在未来十年实现超过10小时时长的电网规模储能系统储能成本降低90。“十四五新型储能发展实施方案》2022年1月 中国发改委、能源局 开展液流电池关键核心技术、装备和集成优化设计研究。加快液流电池重大技术创新示范。REPowerEU计划 2022年5月 欧盟委员会 为部署液流电池在内的电池储能项目提供了税收抵免的重要支持。《工业和信息化部等六部门关于推动能源电子产业发展的指导意见》

2023年1月 中国工信部等六部门 发展低成本、高能量密度、安全环保的全钒、铬铁、锌溴液流电池。促进电堆关键部件产业化。资料来源：工信部官网，美国能源部官网，欧盟委员会官网，中国的液流电池研究起步较早，已经涌现出大连融科、北京普能等主攻钒液流电池的企业。据不完全统计，20237153.6GW；国8109MW。签约时间 地点项目名称签约投资企业功率(MW) 容量(MWh)签约时间 地点项目名称签约投资企业功率(MW) 容量(MWh)投资额（亿元）2023-01-05 甘肃省西昌市 电网侧百兆瓦级全钒液流电池储能示范项目 上海电气、华能集团 100 - -2023-02-20 浙江杭州临平 浙江大有实业0.5MW/5MWh全钒液流储能项目 大有实业、意丰歌服饰 0.5 2.5 -2023-02-24 县2023-02-24 县

中核汇能杞县100MW/200MWh独立共享储能项目 中核集团 100 200 -中电建尉氏独立共享储能项目一期 中国电建 100 200 -2023-03-02 河北丰宁 1GW全钒液流储能电池生产暨共享储能电站项目 河北地矿集团、新新钒钛 1000 - -2023-03-21 头区

1.2GW全钒液流电池项目 国家电投 1200 - 15.02023-05-10 自治县

湖北长阳土家族自治县龙坪镇70MW/280MWh流化学储能项目

法电优能、国家电投 70 280 -目2023-05-10湖北省枣阳市湖北枣阳100MW/200MWh全钒液流储能电站项目枣阳新能源、华润电力100目2023-05-10湖北省枣阳市湖北枣阳100MW/200MWh全钒液流储能电站项目枣阳新能源、华润电力100200-2023-05-10湖北省枣阳市中钒枣阳市100MW/215MWh全钒液流混合钛酸锂储能电站试点示范项目中钒储能、睿能世纪、绿矾新能源100205-2023-06-30湖南省怀化市鹤城高新区全钒液流储能项目普能世纪、华电新能源4.02023-07-03四川省内江市内江100MW/400MWh全钒液流储能示范电站项目国家电投10040015.02023-07-04甘肃省兰州榆中县榆中县300MW/1200MWh全钒液流独立共享储能电站开封时代新能源300120016.02023-07-05甘肃省庆阳市240MW/960MWh全钒液流共享储能电站项目寰泰集团240960-2023-07-06四川省攀枝花市100MW/500MWh全钒液流储能示范电站项目国家电投10050016.0合计3611

中节能、华润电力 100 200 -资料来源：北极星储能网，钒电池，注：部分项目未披露容量和投资额等信息。2026年液流电池新增装机量有望达到19.6GWh随着全球能源转型，可再生能源的渗透率提升带动新型储能的发展，特别是可再2023入规模化发展的元年，20231.7GWh，202619.6GWh，2023-2026年均复合增速达到125。表9：全球液流电池新增装机规模预测202120222023E2024E2025E2026E国内新增表前与工商业储能(GW)2718416789）1.21.52.03.04.05.0国内新增液流电池储能(GW)0.00.10.41.22.74.4其他国家新增表前与工商业储能(GW)5821406277）0.50.20.30.40.50.6其他国家新增液流电池储能(GW)0.00.00.10.20.30.5全球新增液流电池储能(GW)0.10.10.41.43.04.9YoY13325322211464储能小时数（h）4.04.04.04.04.04.0全球新增液流电池储能(GWh)0.20.51.75.611.919.6YoY13325322211464资料来源：WoodMackenzie，ACP，Delta-EE，EASE，SPE，CNESA，GGII，与预测产业链：电堆与电解液是核心组成部分图17：钒电池产业链示意图资料来源：各公司官网，钒资源：国内储量丰富，钒产能充足（折金属钒储量约950万吨占全球钒总储量的36.5位列全球第一。2022年中国金属钒产量约为7万吨同比-0.4占全球总产量的70位列全球第一。国内具有丰富的钒资源储量和生产能力，能够支撑下游各种应用场景的持续发展。图年全球钒资源储量分布（折金属钒，万吨） 图年全球钒资源产量分布（折金属钒，万吨）资料来源：美国地质调查局（USGS）， 资料来源：美国地质调查局（USGS），前最主要的生产方式，约贡献了国内85-90左右的钒产量；2）含钒副产品及含钒石煤生产；3）直接来自于钒钛磁铁矿。国内钒生产行业市场集中度相对较高。2021年国内五氧化二钒产能约17.14万吨（9.6），其中钒钛股份、河钢股份、成渝钒钛分别以4.0/2.2/2.0万吨的年产能排名前三，CR3为47.8。图国内金属钒主要生产方式 图年各家企业金属钒产能（折五氧化二钒，万吨）资料来源：中商产业研究院，

资料来源：钒钛股份公告、河钢股份公告、华经产业研究院，钒的主要应用领域包括钢铁、化工、钛合金及钒电池储能等，其中钢铁领域用钒占比超过80。2022年在国内钒电池蓬勃发展，其在国内消耗约9000吨五氧化二钒，同比+80以上在国内钒资源消费比例达到8.2同比+4pct我们假设2026年全球钒液19.6GWh15.7（8.8图年全球钒资源的消费结构 图年全球钒资源的消费结构资料来源：钒钛股份杨雄飞《中国钒市场供需及展望》主题报告(2023.03)，

资料来源：钒钛股份杨雄飞《中国钒市场供需及展望》主题报告(2023.03)，80001/吨，那么电解液成本将增加0.08元/Wh。图24：五氧化二钒售价（万元/吨）资料来源：百川盈孚，五氧化二钒价格五氧化二钒单位用量五氧化二钒成（元/Wh 硫酸成本（元/Wh） 电解液成本（元/Wh）五氧化二钒成本在总成五氧化二钒价格五氧化二钒单位用量五氧化二钒成（元/Wh 硫酸成本（元/Wh） 电解液成本（元/Wh）五氧化二钒成本在总成（万元/吨）（kg/kWh）本中占比980.720.71.4242.901080.80.71.553.301180.880.71.5855.701280.960.71.6657.801381.040.71.7459.801481.120.71.8261.501581.20.71.963.20资料来源：张华民.全钒液流电池的技术进展、不同储能时长系统的价格分析及展望.储能科学与技术（2022），与测算离子膜：自主研发正当时离子膜是电堆的核心部件，其性能影响了钒电池的容量稳定性与寿命。钒电池中性质 描述表11：离子膜的性能要求性质 描述高离导电性 膜要通离子转移完成流回，高子导性的能最化电效率失。高离选择性 电荷衡离具有透性能完电流路，必须止活钒离在溶中扩、止电自放。因，理的膜该表出活物质低渗率，减少池自电、保证高的伦效。良化稳定性 离膜在强化性钒溶体系，因需要好的学稳性来证电的循寿命。机性 膜的在结，尤是其合程。合的范内高合程能够提其机性能但如超过子膜大承限，则导致失去柔性变得断，而失离子换能。资料来源：中科储能官网，赵盈盈.全钒液流电池用全氟磺酸复合膜的制备与性能研究[D].中国科学技术大学,2022，离子膜根据原理差异通常可以分为离子交换膜和多孔离子传导膜。离子交换膜是通过离子交换基团的选择性传导氢离子，而多孔离子传导膜是利用膜孔径实现氢离子的筛分和传导。膜 膜 膜 膜多孔离子传导膜类型离子交换膜原理 带有负电荷的离子交换基团通过静电作用吸附氢离子 膜孔径介于氢离子和钒离子之间利用孔径筛分原理结构 由碳氟主链和带有磺酸基团醚支链构成

枝”在部分氟化物基体中

磺酸基等离子交换基团分布在聚芳香族主链中

由分离层和支撑层构成，分离层通常为聚乙烯、聚丙烯等高分子材料优点 离子导电性好，氧化稳定性优异缺点 离子选择性不足，钒离子渗率高，工艺复杂，成本高

成本较低 离子选择性高材料来源广泛且廉价稳定性差 氧化稳定性不导电性差

稳定性好，成本低离子电导率较低、钒离子渗透率较高资料来源：张华民,《液流电池技术》,化学工业出版社,(2015.1)，PSVE（全氟磺酰基乙烯基醚）与四氟乙烯共聚制成全氟磺酸树脂，树脂熔融挤出或流延之后即可得到全氟磺酸膜。全氟磺酸膜凭借其良好的导电性以及出色的稳定性，成为目前在钒电池产业化应用最广泛的离子膜。全氟磺酸膜行业的核心壁垒在于：1）PSVE（全氟磺酰基乙烯基醚）制备反（四氟乙烯易爆聚PSVE据工电计201年国流池产占比为23.进膜比为76.。而科慕（原杜邦）的Nafion膜在国内市场份额高达75。表13：国内外部分企业全氟磺酸膜性能对比指标美国科慕Nafion-212苏州科润N-21厚度（μm）50.851厚度一致性（μm）±2±2克重（g/cm2)100102拉伸强度(MPa)横纵向≥32横纵向≥30电导率（S/cm）≥0.1≥0.1刺穿强度（gf）≥550≥650溶胀率（23℃）＜10≤4资料来源：苏州科润官网，阿里巴巴1688网，国内企业加速全氟磺酸膜国产化，并且积极进行其他离子膜探索。国内企业全氟磺酸膜的性能持续提升，有望凭借性价比优势加速进口替代。目前，苏州科润、东岳未来氢能等在国产化方面进展领先，亿华通旗下上海神力、国润储能等均积极加快产品研发与布局。而中国科学院大连化物所等也持续加快在多孔离子传导膜等领域研究，现已完成电池系统可靠性验证。表14：国内部分全氟磺酸膜生产企业情况企业 主营业务 钒电池产品布局企业 主营业务 钒电池产品布局全氟磺酸膜布局苏州科润东岳未来氢能（东岳集团）国润储能

苏州科润成立于2019年，由国家万人计划专家杨大伟创办，拥有近10全氟酸膜场占率超90。2017（ETFE，F4020206

公司现有产能30万平质子交换1002023张至500万平以上。东岳未来氢能150万平米质子交换膜生产线一期工程（50万平）已于2020年11月正式投产。公司拥有年产10万平全氟磺酸膜产线。资料来源：各公司官网，电极：碳素类材料为主流路线，国内企业配套能力强与锂离子电池不同，钒电池的电极不含活性物质，只为活性物质提供电化学反应场所，其自身也并不参与反应。电极通常具备电导率高、机械性能好、耐强酸腐蚀、化学稳定性好等性能，主要电极材料包括金属类电极、碳素类电极等。碳素类电极碳毡//碳纸较碳毡/石墨毡厚度更薄，可使得电堆各部件更加紧凑，更利于实现小型化、从而提升电池功率密度；其有望成为下一代电极材料。表15：不同钒电池电极材料对比电极类型 金属类电极 碳素类电极(三维) 碳素类电极(二维)电极类型 金属类电极 碳素类电极(三维) 碳素类电极(二维)材料 /铅/钛/钛铂/钛氧铂

碳/石毡 碳纸优点 导率高力性能

价格低廉；电化学性能较好化学稳定性好

导电性好；厚度薄(100~400um)电池重量和体积小缺点 成高；易成钝膜 易化脱；厚厚(2~8mm)需面修与改性制备工艺复杂资料来源：张华民,《液流电池技术》,化学工业出版社,(2015.1)，丁玉龙等,《储能技术与应用》,化学工业出版社,(2018.7)，碳毡//石墨毡生产企业包括江油润生、辽宁金谷、江苏普向等。而碳纸由于制备工艺复杂，生产企业多以BallardSGLAvCarb企业 主营业务 产品布局 电极材料布局表16：部分国内电极材料生产企业情况企业 主营业务 产品布局 电极材料布局辽宁金谷

2010PAN

电极（石墨毡）

200MW/800MWh江苏普向公司主要产品有各种规格碳毡、碳纤维布、碳纤维复合材料等。

电（碳） 品料在氧化的高环境中最活化度达到1300℃，表面可达1000～3000m/g。江油润生

公司主要生产储能碳材料及高温真空炉用热场碳电极（石墨毡）材料。

2016年公司自主设计大型连续石墨化高温炉，该条生产线为国内首条储能石墨毡连续化生产线，年处理能力200吨。资料来源：各公司官网，双极板：电堆重要结构件双极板是钒电池电堆的重要结构件，主要功能为隔离正负极电解液、汇集电流和支撑电极等。双极板通常需具备高导电性、高机械强度、耐腐蚀等性能，目前主要包含石墨双极板、金属双极板、碳塑复合双极板等技术路线。表17：双极板材料对比双极板类型材料优点缺点石墨双极板无孔石墨板柔性石墨板导电性良好；耐腐蚀；化学稳定性好导电性良好；耐腐蚀；加工简单；价格低廉易碎，加工难度高；价格贵致密度差；需改性使用碳塑复合双极板导电碳粉与树脂复合体加工简单；成本低；机械强度高电阻大金属双极板贵金属（铂、金、钛等）导电性好；耐腐蚀；加工简单价格昂贵；钛表面会形成钝化层铅、不锈钢导电性好；加工简单；价格低廉耐腐蚀性差资料来源：张华民,《液流电池技术》,化学工业出版社,(2015.1)，丁玉龙等,《储能技术与应用》,化学工业出版社,(2018.7)，小型电堆多使用改性石墨双极板，大功率电堆多使用碳塑复合双极板。改性石墨双极板导电性好、耐腐蚀、价格低廉且技术成熟，但是装配时易碎，只适合用于小型电堆。碳塑双极板电导率高、强度高，主要用于大功率电堆中。石墨双极板的主要生产企业包括华熔科技、上海弘枫、开封时代等；碳塑双极板主要生产企业为嘉兴纳科等。此外，中国科学院大连化物所也开发出新一代高导电、高韧性、可焊接的碳塑复合双极板，并实现批量化生产。表18：部分国内企业双极板布局情况企业 主营业务 钒电池布局 钒电池双企业 主营业务 钒电池布局 钒电池双板产能布局华熔科技

生产销售光伏石墨舟/燃料电池石墨双极板/石墨散热膜等

800cm²，

2022300/无上弘枫 生产POCO石、EDM专石墨各类墨制等易新能 电片/组锂池/锂电负、墨电及接头生销售

适于各液流池电及燃电电堆 具年产150万的双板生产线子公司开封炭素研发的石墨双极板项目目前已经完成中试嘉兴纳科

品应用于民用及工业电热、电磁屏蔽、燃料电池/液流电池电极。资料来源：各公司官网，电堆：钒电池核心功率单元电堆的数量与大小决定了钒电池的功率水平。单电池主要由离子膜、电极、密封电堆制造企业往往需要将各类耗材、电子元器件等装配到一起，特别是大功率电堆，对于叠合装配的技术和工艺经验要求更高，行业具有较高的壁垒。图液流电池电堆结构图 图大连200MW/800MWh储能示范电站模块化结构示意图资料来源：张华民.全钒液流电池技术最新研究进展.储能科学与技术（2013），

资料来源：张华民.全钒液流电池的技术进展、不同储能时长系统的价格分析及展望.储能科学与技术（2022），优化电堆组装工艺，如依托激光焊接技术将离子膜与电极框直接密封、减少密封垫使用来降低成本。目前钒电池系统企业多进行电堆自产。钒电池系统主要由电堆、电解液、储液罐、电池管理系统、逆变器等组成；电解液和电堆是核心构件。电池管理系统、逆变器等产品多由锂电储能产业链中相关企业直接提供。因此，国内目前多数钒液流电池企业在产业化初期，多采用电堆自产的方式来控制成本和优化功率性能。目前国内领先的电堆生产企业包括融科储能、北京普能、上海电气等。表19：部分国内企业钒电池电堆布局情况企业 主营业务 钒电池产品布局 钒电池产能布局企业 主营业务 钒电池产品布局 钒电池产能布局融储能 从钒液电池发产和应用

10kW系列电堆500kW储能系统75kW系列电堆

目前拥有年产300MW电堆生产线和系统集成自动化装配线襄阳基地已建成100MW钒电池产能，后续计划扩张至GW级别

及应用

200/250/500/1000kW储能系统2.5/5/10/25/32/50kW5/50/125/250/500kW5kW-32kW64kW

产能。此外，公司与河钢钒钛、河北建投绿能签约共同建设年产300MW钒电池项目。1GWh20201020231GWh3GWh10W23伟得 从全钒流储系统计、堆

投产。此外在四川、新疆（100MW产能）、甘肃等地也有基地

研发、生产、销售以及服务2021南大学全面覆盖钒电池电解从事单晶硅电池片、光伏组料的生产与销售以及全钒液公司系永泰能源与海德股份从事金融业务、碳资产业务、电力装备业务。电力装备业务方面，形成了全钒液流电池储能系统商业化运行落地能力。

100/250/500kW储能系统55/65kW系列电堆10-100/100-350/1000/1500kW储能系统1/5/10/25kW电堆50/125/250kW储能系统2023332kW31.5kW电堆50/100/250kW储能系统

布局。公司与协鑫集成、中核钛白等均设有合资公司，从事储能等项目开发。湖北基地设计年产3GW钒电池电堆及系统生产线，在2023-20251GW8300MW2023700MW规划年产300MW钒液流电池电堆和储能系统生产线202322GWh202361000MW300MW2024资料来源：各公司官网，电解液：核心能源单元，残值高回收价值大电解液钒离子浓度决定了钒电池系统的能量密度。电解液是不同价态的钒离子水（正极为+4/+5+2/+31kWh5.6g的O5，但由于电解液实际利用率仅在70左右，故而实际生产中1kWh钒8kg的O。电解液的制备方式包括：1物理法：将高纯VOO4操作简单，但是VOS4成本高、且电解液钒离子浓度较低，使得电池能量密度较差。2）化学还原法：使用还原剂将V5还原成易溶于水的VOO4或混合价态的钒离子，再溶解于酸中。该方法操作及设备简单，但是操作较复杂且容易引入杂质元素。3）电解法：将VOS4或V5液，该方法工艺简单、且具有产业化可行性，但是设备复杂。目前电解法与化学还原法是主流的电解液制备方式。电解液发展趋势：1）高浓度电解液能够提升能量密度。2）高稳定性电解液能够避免电池使用中较快产生沉淀，提高电池效率；同时减少系统的热管理负荷，降低成本。3）高活性的电解液能够提高传质速度，提高电解液利用率。电解液性能改善方式主要包括：1）优化支撑电解质组分，通过添加盐酸等方式提高钒离子溶解度；2）增加添加剂，优化电解液稳定性或提升电解液电化学活性。表20：不同支撑电解质的钒电池性能对比硫酸盐酸硫酸-盐酸混酸钒离子溶解度（mol/L）1.5～1.852.5～3.0能量密度（Wh/Kg）15～50比传统硫酸体系高20-工作温区（℃）5～40-20～65-5～50资料来源：朱兆武等.全钒液流电池提高电解液浓度的研究与应用现状.储能科学与技术（2022），液流储能公司官网，电解液残值高，可回收利用。钒电池电解液反应过程中无明显损耗，电解液的残值可以做到原有的70。我们假设储能时长为4h的钒电池系统初始建设成本为3元/W1.5元/W1.5元/W（折合6元/；1.050.075折0.3/W）4h1.875/Wh，名义初始投资成本下降38同时更高储能时长的系统实际单Wh投资成本下降幅度更大。由此企业可以通过电解液租赁等商业模式降低初始投资成本，以此降低电池系统投资成本。表21：不同储能时长钒电池实际投资成本情况储能时长4h6h8h10h名义投资成本（元/kWh）3000250022502100其中：电解液成本（元/kWh）1500150015001500其中：其他系统成本（元/kWh）15001000750600其中：其他系统成本（元/kW）600060