（報告出品方/作者：國海證券，李永磊、董伯駿、湯永俊）

釩電池是較為先進、被廣泛商用的液流電池

釩電池，即釩氧化還原液流電池（VRB），是一種較為先進、被廣泛商用的基于金屬釩元素的氧化還原液流電池。 液流電池是指由電堆（包含電極和離子交換膜）、電解液存儲供給單元以及電池管理控制單元組成的電池類型，與其他電池 最主要的區别在于電解液的儲存方式。工作時，正負極電解液分别從正、負極電解液儲罐通過循環泵進入電堆的正負極單元， 然後再經管道分别回到正負極電解液儲罐，完成循環。 在電堆内，正負極電解液活性物質均在電極上進行電化學反應，反應過程中隻有價态變化而無相轉化發生，正負極電解液通 過離子交換膜隔開并交換電荷。

釩電池技術及商業化能力掌握在少數國家手中

釩電池技術最早于1984年由澳大利亞新南威爾士大學提出并申請專利，經過三十多年發展，核心技術主要掌握在日本、中國、 澳大利亞、加拿大等國家。 日本是一個電力短缺的國家，并且有多年的集團化開發大型化學液流電池儲能系統的經驗。從1985年起, 日本住友電工(SEI) 與日本關西電力公司最早開始合作開發釩電池。之後，住友電工成為日本具備完整生産和組建釩電池系統全套技術的公司， 技術成熟度居世界首位。 北美主要以初創公司及小微企業為主，在美國能源部等支持下進行了全釩液流電池商業化推廣。2021年，美國能源部宣布撥 款419萬美元資助Largo公司進行高效全釩液流電池生産工藝的開發。

釩電池配置靈活，功率和容量具備加和性

釩電池的關鍵驅動因素包括其靈活性，耐久性，安全性，環境友好性以及全生命周期成本優勢。配置靈活性：釩電池設計靈活，功率和容量獨立設計。電池的輸出功率由電堆大小決定，增加單電池數量和有 效面積，即可增加電堆功率；電池的容量大小由電解液的量決定，增加電解液的體積和濃度，即可增加電池容 量；可根據各種應用場所和領域的負載大小進行功率和容量的調節。對于大型新能源發電廠而言，增加能量存 儲容量可以降低每千瓦時的均衡成本。

新型儲能市場空間規模廣大

據CNESA統計，截至2021年底，中國已投運電力儲能項目累計裝機規模46.1GW，占全球市場總規模的22%。其中，抽水 蓄能的累計裝機規模為39.8GW，占比為86.3%，較去年同期下降3個百分點；市場增量主要來自新型儲能，累計裝機規模達 到5.73GW，同比增長75%，占比達12.5%。

随着電力市場的逐漸完善，儲能供應鍊配套，新型儲能憑借建設周期短、環境影響小、選址要求低等優勢，在市場中将呈現 穩步、快速增長的趨勢。據CNESA預測，保守場景下新型儲能累計裝機規模在2022-2026年的年均複合增長率為53.3%， 2026年将達到48.5GW ；理想場景下 ，在2022-2026年的年均複合增長率有望達到 69.2%，預計2026年累計規模将達到 79.5GW。

離子交換膜和電極是釩電池性能、成本優化的關鍵

電堆是釩電池的主體部分，在釩電池成本中占比35%，其核心在于離子交換膜、電極和雙極闆。離子交換膜用于阻隔正負極電 解液，選擇性通過符合條件的粒子，既使得電路形成閉合，又阻礙了電解液間不同價态釩離子因交叉污染引起的自放電現象； 電極是電化學反應發生的場所；雙極闆表面刻印有流道從而降低系統内電解液流動的壓力損失，降低泵功。

電解液是釩電池重要組分

電解液是釩電池的重要組分，占釩電池成本比例約40%。釩電池正極電解液由含有V5 和V4 離子的硫酸溶液組成，在溶液中的 存在形式為VO2 和VO2 ，負極電解液是由含有V2 和V3 離子的硫酸溶液組成。

由于V2O5溶解度小，不能直接由V2O5粉末溶解到酸性溶液中制備電解液。出于經濟性考慮，工業上常采用電化學溶解法或 化學還原法助溶得到高濃度釩離子溶液。前者先将少量V2O5粉末溶于硫酸，通過外加電源和持續投料，最後在電解池陰極得 到等濃度的V（Ⅳ）和V（Ⅲ）溶液，可直接用于釩電池充放電循環。後者是将V2O5粉末混合于硫酸後，再加入草酸或水合肼 等還原劑，得到V（Ⅳ）溶液，單一價态溶液最後再通過電解獲得不同價态的釩電池用電解液。

電解液上遊原料主要為釩

電解液上遊原料主要為釩，自然界中釩很難以單體形式存在，主要以釩礦的形式存在，釩礦是含有釩的礦物， 包括釩钛磁鐵礦、含釩石煤、鉀釩鈾礦和石油伴生礦等。我國釩礦資源主要是釩钛磁鐵礦和含釩石煤。

攀鋼釩钛是國内釩産品龍頭

國内企業的釩産品原料主要為副産煉鋼的釩渣，産能規模較大的企業主要有攀鋼釩钛、河鋼集團承鋼公司、北 京建龍重工、成渝釩钛以及四川德勝集團等，其中攀鋼釩钛的産能為4萬噸/年，位居全國第一。

龍佰等企業積極布局釩産品新産能

龍佰集團于2022年7月發布公告拟投資25億元建設年産3萬噸五氧化二釩創新示範工程，項目分期實施，一期建 設年産1.5萬噸98% V2O5和360萬噸鐵精礦堿性球團；二期建設年産1.5萬噸V2O5和360萬噸鐵精礦堿性球團， 最終達到年産3.0萬噸98% V2O5和720萬噸鐵精礦堿性球團，建設周期31個月。陝西秦楓科技于2022年2月在陝西商南縣舉行年産1.1萬噸五氧化二釩項目開工儀式，該項目拟投資8.9億元。湖北工建集團于2021年4月在湖北宜都簽約釩電材料生産及釩電池項目，總投資10億元，一期建設年産3000噸 五氧化二釩生産線，二期建設年産6GWh釩電池生産線。

釩下遊應用領域廣泛

在現代工業中，釩鐵和金屬釩主要應用于鋼鐵冶金和航空航天行業；含釩化合物應用于化工和電池行業；釩元 素作為材料添加劑，可用于硬質合金、磁性、超導及核反應堆材料等；釩的氧化物及其化合物充當着色劑可有 效應用在玻璃和陶瓷工業；最後，作為新型領域，釩還用于生産釩電池、稀土釩、釩納米和釩薄膜材料等高科 技材料。

離子交換膜是釩電池關鍵構件

離子交換膜是釩液流電池中的重要結構部件，其可以分隔陰陽極電解液，選擇性地通過符合條件的粒子，既使得電路形成閉合， 又阻礙了電解液間不同價态釩離子因交叉污染引起的自放電現象。

釩氧化還原流電池的膜應該具有以下特性：①對釩離子和水分子的滲透率要低，降低自放電傾向；②對質子或選擇性陰離子 （硫酸根離子）有高的傳輸能力，減小膜的電阻，降低因膜内阻造成的效率損失；③優良的循環穩定性和化學穩定性；④較低 的制造成本。

國外企業在質子交換膜市場仍占主導地位

質子交換膜由于制備工藝複雜，長期被杜邦、戈爾、旭硝子等美國和日本少數廠家壟斷。 杜邦是全球最早開發并銷售質子交換膜的企業，早在1962年就開發出性能優良的全氟磺酸型質子交換膜，即Nafion系列産品， 截至目前Nafion膜也是全球使用最廣泛的。 目前，國外品牌全氟磺酸膜價格相對較高，以Nafion117為例，價格在500-1000美元/平方米；Nafion212價格在300-400美元/ 平方米，高價膜也一定程度抑制釩電池的推廣。以東嶽、科潤為代表的國内企業也緻力于質子交換膜的國産化，目前主要集中 在主流需求的全氟磺酸質子交換膜的生産以及技術攻關上。

釩電池用離子交換膜市場規模有望突破6 0億元

據偉力得環評報告，每生産1MW的釩電池所需要消耗的離子交換膜約為830 m2，據我們測算，2021年釩液流電 池新增裝機規模達到0.13GW ，消耗的離子交換膜達10.8萬平方米，預計2026年釩液流電池新增裝機規模達到 4.93GW ，消耗的離子交換膜将達到409.33萬平方米,市場規模可達62.60億元。

釩電池對電極性能有特殊要求

不同于傳統锂電池電極的插層機理（電解液離子在電極層狀結構的材料晶格中的可逆插層和脫出），全釩液流 電池的電極本身并不直接參與反應，僅在電極表面為電化學反應提供反應活性位點。電化學反應發生時，這些 活性位點有效降低了反應發生所需活化能，使電化學反應順利進行。

全釩液流電池的電極材料需要具備以下特點：① 電極材料具有良好的化學穩定性，耐酸耐氧化，以确保電極具 有長的使用壽命；② 優越的電催化活性，可以提高電化學反應速度，即提高釩液流電池的倍率性能；③ 高比表 面積/有效電化學表面積，以保證電極與電解液充分接觸，提高單位體積電解液電化學反應總量，即提高電解液 利用率；④ 良好的導電性能，可以降低電池内阻，減小充放電過程中的電化學極化。

較多中小廠商布局碳氈/石墨氈

碳氈和石墨氈均屬碳纖維材料，該類材料具有質輕、高強度、高模量、導電、導熱、耐腐蝕、耐疲勞、耐高溫、膨脹系數小等 一系列其他材料所不可替代的優良性能。

目前，國内碳氈/石墨氈主要是納科新材料、甘肅富萊、吉林神舟等尚未上市中小廠商進行布局，這些企業從主流碳纖維廠采 購碳纖維，并進一步深加工，制成碳氈/石墨氈銷售給下遊融科儲能、上海電氣等釩電池集成廠商。

釩電池裝機量拉動碳氈市場規模

一方面随着釩電池市場增長，裝機規模增加，碳氈需求将直線上升；另一方面，随着碳纖維整體需求上升，生 産規模不斷擴大，碳氈單價有望得到向下調整。

據偉力得環評公告，每生産1MW的釩電池所需要消耗的碳氈約為1450m2 ，2021年釩液流電池新增裝機規模達 到0.13GW ，消耗的碳氈達18.9萬平方米，預計2026年釩液流電池新增裝機規模達到4.93GW ，消耗的碳氈将 達到715.1萬平方米,市場規模可達7.22億元。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】。未來智庫 - 官方網站

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