钒电池行业简报 研墨 AI 共创报告 储能潜力丨技术优化丨成本控制丨政策扶持 第 1页/共 23页 钒电池行研简报 引言 钒电池，特别是全钒液流电池（V RB），在储能领域因其高安全性、长寿命 和可扩展性而备受关注。随着全球能源转型和对高效储能解决方案的需求增长， 钒电池技术的研究与应用取得了显著进展，尤其是在电极系统优化和成本降低方 面。尽管面临技术挑战和市场竞争，钒电池在中国等国家的政策支持下展现出巨 大的市场潜力，预示其在实现大规模商业化和推动能源结构转型中将发挥着关键 作用。 第一章、钒电池基本概述 （一）钒电池定义、特点工作原理以及分类 1.钒电池的定义 钒电池，全称为全钒氧化还原液流电池（V anadium Redox Battery，缩 写为 V RB），是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。它主要利用钒 离子的价态变化来实现电能的储存和释放。钒电池的导电离子主要为不同价态的 钒离子，这是它与锂离子电池等其他电池类型的主要区别。 www.yanmoai.com 第 1页/共 23 页 图：钒电池结构 资料来源：【东方财富证券】未来焦点，钒液流电池储能风潮兴涌 2.钒电池的特点 功率和容量的灵活性：钒电池的功率和容量是独立的，可以通过增加单片电 池的数量和电极面积来增加功率，通过增加电解液的体积来增加电量，理论上可 以达到吉瓦时以上的电量。 高能量转换效率：钒电池的充放电能量转换效率高达 75%以上，远高于传 统铅酸电池的 45%。 长寿命：钒电池具有很长的使用寿命，理论上可以进行无数次的充放电，实 际应用中充电次数至少能达到一万多次。 快速响应：钒电池的响应速度非常快，可以达到 1 毫秒。 安全性：钒电池在运行过程中不产生气体，且电解液在常温下稳定，因此具 有较高的安全性。 www.yanmoai.com 第 2页/共 23 页 4VBYUXoQpRuMvNrPqOaQaOaQoMmMmOsOeRpPoNlOqRmP7NmOpOxNoOmQwMoPqP 图：不同技术路径储能电池性能对比 资料来源：【慧博智能投研】钒电池行业深度：发展现状、市场空间、产业链及相关公司深度梳 理 3.钒电池的工作原理 钒电池由电堆（包含电极和离子交换膜）、电解液存储供给单元以及电池管 理控制单元组成。在工作时，正负极电解液分别从各自的电解液储罐通过循环泵 进入电堆的正负极单元，然后再经管道分别回到储罐，完成循环。在电堆内，正 负极电解液活性物质在电极上进行电化学反应，过程中只有价态变化而无相转化 发生，正负极电解液通过离子交换膜隔开并交换电荷。充电时，正极的 V O2+ 失去电子成为 V O2+，负极的 V 3+得到电子成为 V 2+；放电时则相反。钒电池 的电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过外接泵把电 解液压入电池堆体进行能量转换。 www.yanmoai.com 第 3页/共 23 页 图：钒电池工作原理示意图 资料来源：【联储证券】钒电池行业研究报告：乘储能东风，溪云初起正当时 4.钒电池分类 全钒氧化还原液流电池（VRB） 这是最常见的钒电池类型，它使用同一种元素（钒）的不同价态离子作为正 负极活性物质。正极电解液通常包含 V O2+离子，而负极电解液包含 V 2+或 V 3+ 离子。全钒液流电池的优点在于电解液成分单一，可以减少交叉污染，提高电池 的循环稳定性和寿命。 混合金属氧化还原液流电池（MMVRB） 这种类型的钒电池使用不同金属的离子作为正负极活性物质，例如钒和铁。 混合金属液流电池可以结合不同金属离子的特性，优化电池的性能，如提高能量 密度或降低成本。 钒-锌液流电池 在这种电池中，钒离子用于负极，而锌金属用于正极。钒-锌液流电池具有 www.yanmoai.com 第 4页/共 23 页 较高的能量密度和较低的成本，但锌的化学活性较高，可能导致电池的循环寿命 和稳定性受到一定影响。 钒-溴液流电池 这种电池使用钒离子作为负极活性物质，溴离子作为正极活性物质。钒-溴 液流电池具有较高的能量密度和较低的成本，但溴是一种强氧化剂，对电池系统 的密封性和材料的耐腐蚀性要求较高。 （二）行业发展历程 早期探索（1930 年代至 1970 年代） 钒电池的概念最早可以追溯到 1930 年代，当时 Pissoort 首次提出了钒电 池的可能性。随后在 1970 年代，NA SA 的研究人员以及 Pellegri 和 Spaziante 也进行了相关研究，但并未取得显著成果。 技术突破（1980 年代） 1980 年代，Maria Skyllas-Kazacos 在澳大利亚新南威尔士大学成功展 示了使用溶解在硫酸溶液中的钒的全钒氧化还原液流电池，并在 1986 年申请了 专利。她的设计使用了硫酸电解质，并通过化学和电化学溶解过程制备出高浓度 的钒电解质。 原型开发与测试（1990 年代） 在 1990 年代，新南威尔士大学的团队对钒电池的膜选型、电极制造、电解 质特性和优化以及建模和模拟进行了广泛的研究，并组装并在泰国的太阳能房屋 和电动高尔夫球车中进行了现场测试。 商业化尝试（2000 年代初期至 2010 年代） www.yanmoai.com 第 5页/共 23 页 一、双碳文库是一个地产人建立的专业的分享碳达峰碳中和资料的文库网站 http://www.tanwenku.cc/ 二、203060 文库：http://www.203060.vip/ 三、所有 2 万份资料搜索目标：https://203060.vip/soso.html 四、欢迎加入文库会员，199 一年，399 终身。所有资料百度网盘共享,加小 编微信有优惠。 五、加入会员，可获赠价值 999 全网资源，影视，游戏，亲子，有需求联系 小编。 六、见面礼：B 站最全收费类课程合集： 自取地址 ：https://www.aliyundrive.com/s/7tXbEop6K5G 双碳会员重磅福利：赠送全网资源： 可以目录查询一下【关键词】 可查询目录：http://123.haohanba.cn 会员赠品 新南威尔士大学的专利和技术被三菱化学公司和鹿岛北电力公司获得许可， 后来被住友电气工业公司收购。在 1990 年代晚期和 2000 年代初期，该公司在 各种应用中进行了广泛的现场测试。中国从 2010 年开始积极推动一系列全钒液 流电池相关的项目。 产业化加速（2010 年代至今） 从 2015 年至 2022 年，中国的钒电池项目数量呈现出爆发性增长，全国各 地相继启动了多个项目。2022 年 10 月 31 日，全球最大的全钒液流电池储能电 站在辽宁大连建成并网发电，一期规模为 100MW/400MWh。这标志着钒电池 产业化的进一步加速。 图：钒液流电池发展历程 资料来源：【桐曦资本】钒液流储能电池及其产业链核心资源分析 www.yanmoai.com 第 6页/共 23 页 （三）产业链分析 钒电池（V RB）的产业链可以分为上游原料生产、中游组件制造和下游应用 三个主要部分。 上游原料生产 上游主要涉及钒产品的生产，尤其是五氧化二钒（V 2O5）的提炼。五氧化 二钒是制备钒电池电解液的关键原料。全球钒矿资源主要集中在中国、俄罗斯、 南非等国家。钒的提取通常来自钒钛磁铁矿、石煤提钒、废催化剂等。主要的钒 产品生产企业包括钒钛股份、河钢股份、川威集团、龙佰集团等。 中游组件制造 中游环节包括钒电池的核心组件制造，如电解液、电堆、质子交换膜、电极、 双极板等。电解液是钒电池的活性物质，通常包含不同价态的钒离子溶液。电堆 是钒电池发生电化学反应的场所，由多个单电池组成。质子交换膜用于隔离正负 极电解液，允许离子通过。电极材料需要具备高电导率和化学稳定性，常用的有 碳毡和石墨毡。双极板则用于连接电池单元并导电。中游的主要企业包括大连融 科、北京普能、伟力得、武汉南瑞（国网英大）等。 下游应用 下游应用领域主要是储能市场，包括发电侧的配储、电网调峰、用户侧储能 等。钒电池在智能电网、通信基站、偏远地区供电、可再生能源及削峰填谷等项 目中得到应用。随着技术进步和成本降低，钒电池的应用前景被看好，尤其是在 需要长时间储能解决方案的场景中。 www.yanmoai.com 第 7页/共 23 页 图：钒电池产业链 资料来源：【联储证券】钒电池行业研究报告：乘储能东风，溪云初起正当时 （四）主要应用领域 电网储能：钒电池在电网储能领域具有显著优势，特别是在需要长时间储能 解决方案的场景中。它们可以用于电网的调峰、填谷、负荷平衡和频率调节，提 高电网的稳定性和可靠性。 可再生能源发电：在风能和太阳能等可再生能源发电领域，钒电池可以存储 过剩的能源，并在需求高峰时释放，从而提高可再生能源的利用率和减少弃风弃 光现象。 微电网和离网系统：钒电池适用于微电网和离网系统，为偏远地区或岛屿提 供稳定的电力供应，特别是在传统电网覆盖不足的地区。 应急电源：由于钒电池的高安全性和可靠性，它们可以作为关键设施的应急 电源，如医院、数据中心和通信基站，在电力中断时提供备用电力。 峰谷电价套利：钒电池可以利用电力市场的峰谷电价差异进行套利，通过在 电价较低时储能，在电价高峰时释放能量，从而降低整体电力成本。 www.yanmoai.com 第 8页/共 23 页 工业应用：在工业领域，钒电池可以用于大型工业设施的能源管理，如钢铁 厂、化工厂等，通过储能系统优化能源消耗，提高能源效率。 电动汽车充电站：钒电池可以作为电动汽车充电站的储能单元，平衡充电站 的能源需求，确保充电设施的稳定运行。 （五）驱动因素分析 1.技术创新与性能提升 钒电池的能量密度和功率密度的提升，使得其在储能应用中更具竞争力。循 环寿命的延长降低了长期的维护和更换成本。通过规模化生产和材料回收技术的 进步，钒电池的单位能量成本有望进一步下降。 2.安全性与可靠性 钒电池的化学稳定性和非易燃性使其在安全性要求高的场合（如城市电网储 能）中更具优势。其模块化设计允许灵活扩展储能容量，适应不同规模的储能需 求。 3.政策与市场激励 各国政府对清洁能源和储能技术的政策支持，如补贴、税收减免等，为钒电 池的研发和应用提供了资金支持。能源转型目标和碳排放限制推动了对高效储能 解决方案的需求，钒电池作为关键技术之一受益于此。 www.yanmoai.com 第 9页/共 23 页 www.yanmoai.com 第 10页/共 23 页 图：2021-2023 中国全钒液流电池重点政策汇总 资料来源：【前瞻产业研究院】2023 年中国及重点省市全钒液流电池行业政策汇总及解读（全） 新型储能目标 20