全钒液流电池可以从哪些方面进行降本？

目前，钒电池的降本主要可以从电解液、电堆两个成本占比较高的部分出发，电解液方面可通过提高效率和租赁等方式降 本，电堆方面可通过结构设计的优化和国产材料替代进行降本。

1、 电堆：结构设计+材料降本

1.1、电堆结构设计优化

（1）优化结构设计

随着电池材料技术和结构设计制造技术的发展，电池的内阻不断减小，性能 逐步提升，使得能量密度不断升高。在保持电堆能量效率 80%以上的情况下， 电池工作电流密度提升，从 60-80mA/cm2 提高到 200-300mA/cm2，实现功率 密度的提高，间接减少电堆材料的使用量，降低成本。

（2）改进组装工艺

2020 年大连物化所发布的研究表明，在新一代电堆的组装工艺中，团队打 破了传统的组装方式，首次将激光焊接技术应用于电堆组装工艺中，大大提高了 电堆的可靠性，同时也提高了电堆装配的自动化程度，减少了密封材料的使用， 电堆总成本降低了 40%。

1.2、质子交换膜：国产替代和技术进步

（1）国产替代

国内原先使用的液流电池质子交换膜多为科慕的 Nafion 膜，技术水平确实 可观，但是高昂的价格上也大幅增加了电池的成本，以 Nafion117 为例，每立 方米价格约为 500-1000 美元。现在国内的企业纷纷开始自己研究隔膜的生产， 实现隔膜的国产化，力求在性能持平的情况下尽可能的降低成本。国内有很多企 业已经研发出了新型的隔膜，能够大大降低隔膜的价格。

东岳集团和苏州科润也正在研发全氟膜，实现隔膜的国产化，相比杜邦 Nafion117 膜降低成本 30%-40%。其中，江苏科润的 Nepem-11 系列使用全新 流延法工艺制造，在流延过程中添加阻钒性能好的新型氟树脂混合配方。钒渗透 率减少 80%、弹性模量（420MPa）高于 Nafion、断裂伸长率（120%）较小、 电导率（0.1S/cm）优于 Nafion、机械强度和含水率相差无几。

（2）新技术：多孔、非氟膜等新技术和工艺的开发

据大连物化所所述，多孔隔膜由有机高分子树脂中的一种或两种以上为原 料，再通过气相诱导相转换法制备而成，其中气相为有机高分子树脂的不良溶剂 蒸汽气氛。多孔膜可以通过控制多孔膜径的大小实现对不同物质的分离，应用在 液流电池中，可以增加膜的离子选择性，拓宽电池和膜孔径结构的调控手段。

之后，团队提出了不含离子交换基团的“离子筛分传导”概念。ZSM-35 是 一种具有 FER 骨架结构的分子筛，它拥有垂直交叉的二维孔道结构，孔径 （0.35nm 至 0.54nm）介于质子半径和钒离子半径之间，研究团队成功将其引 入到多孔膜结构中，实现了对钒离子和质子的精确筛分。

另外，该团队通过溶剂处理工艺过程对多孔离子传导膜孔径大小、分布及贯 通性的影响规律和调控机制，创新性地发明了一种有效的多孔离子传导膜孔径大 小、孔径分布及贯通性的调控方法，成功制备出空隙率高、孔径分布均匀、贯通 性好的多孔离子传导膜。利用该膜组装的单电池，在 80mA/cm2 充放电条件下， 能量效率超过 90%。最终通过在多孔离子传导膜内构建连续的离子传输通道， 在保证离子选择性的基础上，大大提高了膜的质子传导性。

同时，非氟类的质子交换膜也在开发当中，非氟类质子交换膜的成本较现有 全氟磺酸树脂膜将有较大程度下降，非氟类质子交换膜目前还在研究阶段，要实 现产业化还需要一定的时间。

2、 电解液：提高利用率+租赁降本

作为电池成本中占比最大的部分，电解液主要有提高利用率和租赁降本两种 方式。

（1）提高电解液的利用率

据张华民在《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》测算，理论储存 1kWh 的电能，需要 5.6kg 的 V2O5，如果电解液的利用率 为 70%，则实际上储存 1kWh 的电能大约需要 8kg 的 V2O5。若把电解液的利 用率提高到 80%，实际上储存 1kWh 的电能，大约仅需要 7kg 的 V2O5。

（2）商业化租赁电解液

由于液流电池电解液在长时间使用后价值变化小的特点，可以通过液流电池 提供商和钒生产商的紧密合作，为客户提供电解液租赁，降低初装成本。此种商 业模式在国外已经开始发展，在 2020 年 9 月，英国全钒液流电池供应商 Invinity 和美国矿产开发与钒生产商 Bushveld 公司合作创立的 VERL(Vanadium Electrolyte Rental Limited)公司与 Pivot Power 签订合同，将会为其提供十年 的电解液租赁。