2022年,我国自主研发的钒电池取得突破,锂电池时代即将落幕?
2022年年中,A股钒电池类的概念股呈现出一路狂飙的局面,攀钢钒钛、河钢股份、明星电力等涨势大好。钒电池的快速崛起引起了人们的猜想,锂电池为王的时代即将落幕?钒电池将会取而代之?
钒电池,大爆!
2022年7月,国家能源局对国家储能的方案进行了相应的调整。从发布的文件上看,我们可以发现两个关键点,一是宣告了三元锂离子电池的终结。二是大连液流储能调峰电站也随即上马,预计将在次月正式运行。
这是我国首个大型的钒电池液流项目,所采用的全钒液流电池储能技术,属我国首次自主研发,具有完全知识产权的钒电池技术。
从这则消息上看,锂电池似乎有那么一些明日黄花的意味。然而,需要特别关注的是,这项技术的突破仅仅是在能源储备方面,在电动车、日常生活等多个方面,目前尚未找到更合适的替代品。
从2022年下半年市场反馈上看,钒电池作为新兴的产业,其初期爆发势头良好。特别是年中新能源、光伏等板块的整体调整阶段,给了新概念突破和冲刺的机会。
钒电池真的能取代锂电池?
事实上,在锂电池大行其道的几十年中,人们对于锂电池的使用从来不疑有他。然而近两年来,对锂电池发展的质疑声也渐渐变大。其中最有名的便是2015年那篇震惊整个能源界“锂电池阴谋”的文章。
这篇文章由网络写手一手炮制,经由互联网广泛传播,引发大众诸多猜疑。文章假借中科院的院士卢强之口,表明中国锂电池产业,是一场由美国人发起的彻头彻尾的阴谋。
文章中还特别使用了诸如“忽悠”,“完全失败”等极端性的词汇,吸引大众眼光。加上网络喷子们的推波助澜,让不少民众开始怀疑锂电池产业发展。
由于文章影响过于恶劣,专家学者纷纷站出来辟谣。其中就包含了这起事件的关键人,中科院的卢强院士。
在后续的澄清中,卢院士表示锂电池发展不可避免的存在一定的问题,例如他本人对于锂电池的技术路线相当不满。但是他的抨击点仅限于储能电池领域,并不涉及文章所谈及的动力电池方面。
最新的研究表明,相较于锂电池,钒电池在安全方面更加有保障,没有燃烧的风险。从整个生命周期上看,性价比极为突出,特别是充放电过程中,容量都不会大打折扣。这和锂电池形成了鲜明的对比,高下立现。
因此,在将来的某一天,全钒液流电池将在大规模出现在储能领域,并展现自身独特的价值。
锂电池的终结者——钒电池
钒电池,全称为全钒氧化还原液流电池,利用钒金属的氧化还原反应实现充电和放电。过程中通过硫酸电解液,产生钒的氧化还原反应,最终完成充放电这一过程。这是一种可再生燃料电池,同时通过更换电解液即可实现“瞬间再充电”的循环利用。
钒电池近两年迎来爆发式的增长,但是早在上个世纪90年代底,人们对于钒电池已经展开了一系列的研究,加拿大的VRB Power公司甚至在2001年已经实现商业化运营阶段。
而中国于2009年通过收购加拿大VRB Power公司,获得了这一领域的先进技术和研究基础,逐步占据了世界性的技术制高点。
循环寿命次数可达到了15000次以上,是锂电池的三倍以上。经过十余年的技术突破,钒电池已经能够取代锂电池,成为未来储能界的一颗冉冉升起的新星。
钒电池自身的不足
钒电池之所以无法推广,主要有以下几点:一是技术难度较高且能量密度偏低,二是成本高昂且价格偏贵。
首先是钒电池的能量密度低。尽管钒电池循环寿命长,安全性能高,且能量转换率高等特点,但是受制于钒这种金属特性,能量相对较低,同等能量输出的锂电池,其质量仅为钒电池的1/3,体积约为1/5-1/3。
如此巨大且笨重的钒电池,在应用过程中极为不便。特别是和以小巧轻便著称的锂电池,完全没有竞争性。这也是动力领域,钒电池始终无法取代锂电池的原因。毕竟没有人愿意拿着一块重如砖头的手机,日常出行。
其次,钒电池的运行环境也有严苛的限制,超过45摄氏度,可能会造成溶液中析出沉淀物,最终堵塞管道,影响电池的整体运行。但是电池运行过程中,电解液不断同钒金属发生氧化反应,这一过程势必会放热。
如果是冬季,气温普遍较低,钒电池尚能正常运行。而到了夏季,部分地区受到高温影响,气温可能达到40度以上,钒电池在这样的环境下完全没有办法工作。
第三,尽管钒电池具有很长的寿命,但是仍然不可避免以酸性电解液在运营过程中,腐蚀正负极材料的情况。这说明了离子交换膜技术仍然存在未攻克的难题,需要长期依靠专业人士进行维护。
目前,钒液流电池的成本约3-3.2元/千瓦,而同样的锂电池的成本仅为1-1.5元/千瓦。而造成成本如此居高不下的主要原因在于电解液,占据总成本的41%。同时,钒作为一种较为稀缺的金属,价格本就不菲。且随着钒电池受到多方的关注,钒价格也开始一路飙升。
综合以上几点,钒液流电池大规模普及使用仍有一段差距,特别在技术突破和降低成本等方面,需要进一步深入研究。
随着行业内对钒电池的关注度不断上升,国内各大企业也在积极布局。目前,从钒电池上游产业链,即原料供应环节,国内有以下五大钒生产企业:攀钢钒钛、河钢承钢、建龙特钢、川威集团和德胜钒钛,他们占据了超过8成的市场占有率。
而上海电气则通过上海电气的中央研究院展开合作,由子公司上海电气储能公司全权负责这一业务的开展。
目前公司已研制出兆瓦级别的全钒液流电池,且承办或合作的多个水电液流电池储能项目已经实现并网,汕头市智慧能源项目也已经准备就绪,即将正式投入使用。这些成绩,意味着我国在钒电池行业的商业化之路已经日渐清晰,迎来腾飞不过是时间问题。
但是可以判定的是,这一行业领域的未来竞争愈发激烈。到那个时候,也就意味着钒电池彻底摆脱技术难、成本高等问题,取代锂电池,成功上位。