液流电池是由美国科学家Thaller于1974年提出的一种电化学储能技术，通过电解液中活性物质在电极上发生电化学氧化还原反应来实现电能和化学能的相互转化。在众多储能技术中，液流电池储能技术具有安全可靠、生命周期内性价比高、环境友好、循环寿命长等优点。自20世纪70年代以来，液流电池的发展跨越了从基础研究到工程应用示范的技术瓶颈，在变革能源生产、转化、运输、存储、消费全产业链中起着举足轻重的作用，为驱动国家清洁低碳、安全高效的能源体系建设提供了关键技术支撑。
一、液流电池行业产业链分析
中国液流电池产业链上游包括电池电堆与电解液的制造，电堆与电解液在电池系统中的占比分别为35%与40%，是液流电池成本构成的主要部分，当前液流电池尚处于商业化初期，降本空间较大，可通过优化电解液配方、提升电解液实际利用率和优化电堆结构来推动成本下降。电池电堆的代表性参与方包含旭能瀚源、东岳未来、科润新材料等，电解液的代表性参与方包含湖南银峰、星明能源、大连博融等。产业链中游为液流电池系统集成，中国液流电池累计装机规模持续上涨，但在电化学储能市场中的装机规模占比仍然偏低，代表性参与方有融科储能、北京普能、四川伟力得等。产业链下游分为电源侧、电网侧与用户侧，当前液流电池的应用以电源侧为主，代表性参与方有国家电投、杭锅集团、中核汇能等。
图表：液流电池行业产业链分析
资料来源：中经百汇研究中心
中国液流电池产业链条较长，复杂度高，上游的电池电堆、电解液制造涉及基础化工、钢铁冶炼、有色金属等多个领域，其中钒矿及其加工业是电解液制造的核心，如果企业有能力掌控上游原料供应，形成产业协同效应，能够大幅降低电解液生产成本。以融科储能2021年第三季度兆瓦级全钒液流电池储能系统为例，当储能时长为4小时，不包括电解液的电池系统价格为1,500元/kWh，电解液的价格也是1,500元/kWh，未来上游电解液的供应可能成为产业重要制约因素。当前液流电池尚未实现大规模应用，代表性参与企业主要依靠自研自产或外协加工的方式生产电堆材料，假若市场需求放量，上游电堆、电解液大概率会出现供不应求状况。但液流电池电堆中的电极、双极板、隔膜与氢燃料电池电堆中的相应构件相似度较高，目前主营燃料电池电堆部件的企业也在兼营液流电池电堆部件，例如东岳未来、科润新材料、上海弘枫、华熔科技等，同时生产燃料电池用与液流电池用隔膜、双极板，未来这些企业也易转型为液流电池部件供应商。产业链下游应用将仍以电源侧为主，尽管小型液流电池模组在户用端开拓了新的应用场景，但在成本更低的锂离子电池、铅酸蓄电池等不同技术路线的竞争下，大体积的液流电池系统不太可能成为住宅储能市场中极富竞争力的选择。
二、液流电池产业链上游分析
1、液流电池电堆制造
中国液流电池产业链上游包括电池的电堆制造。电堆作为液流电池的核心部件，在电池系统中的成本占比约为35%。电堆是电池系统的心脏，主要由双极板、离子交换膜和电极组成。其中双极板为电解液提供流道，目前采用的主流方案为复合双极板；离子交换膜起到阻隔正负极电解液的作用，主流方案为全氟烃膜；电极是电化学反应的发生场所，主流方案为石墨毡/碳毡电极。2020年，中国科学院大连化学物理研究所储能技术研究部成功开发出新一代30kW级低成本全钒液流电池电堆，采用自主研发的可焊接多孔离子传导膜，相较于传统的电池组装技术，膜材料实际使用面积减少30%，并首次将激光焊接技术应用于电堆组装工艺中，减少密封材料的使用，令电堆总成本降低40%。2022年，大连化物所成功集成30kW级的锌溴液流电池电堆。2023年，大连化物所继续攻关全钒液流电池60kW级电堆研发。未来液流电池电堆有望通过改进组装工艺、优化电堆结构实现成本下降，并持续向低成本、高功率密度方向进步。
2、液流电池电解液制造
中国液流电池产业链上游包括电池的电解液制造。电解液作为液流电池的核心部件，在电池系统的成本构成中占比最高，达40%。以全钒液流电池为例，电解液的制造工艺包含化学法与电解法。化学法是将草酸、二氧化硫等还原剂放入五氧化二钒中加热搅拌，将五价钒还原为低价钒，该方法工艺简单，但易混入杂质，并且需要高温处理。电解法则是将五氧化二钒溶于一定浓度的硫酸并通电，得到低价钒溶液，该方法成品纯度高，生产效率高，但需消耗大量电能。尽管电解液的基本原料都是五氧化二钒，属于同质化产品，但由于不同厂家采用的电解液生产路线和添加剂各不相同，因此制得的电解液性能和成本也存在较大差异。目前电解液的市场价格约为1,500元/kWh，储存1kWh电能大致需要10kg五氧化二钒，因此电解液形式的五氧化二钒价格约为15万元/吨。当前市售五氧化二钒现货价格约为10万元/吨，那么五氧化二钒加工成电解液的单位成本约为5万元/吨。换言之，电解液成本的2/3来自五氧化二钒，1/3来自加工费用。由于五氧化二钒本身是从钒渣、石煤中提取的，如果将电解液的工艺起点提前至钒渣、石煤等原材料，就能缩短制造流程，大幅降低电解液成本，这要求企业具有相当大的产能规模，并且对上游原材料具有一定掌控力。
三、液流电池产业链中游分析
产业链中游为液流电池系统集成。2018-2021年，中国液流电池累计装机规模持续上涨，从16.1MW增长至51.6MW，年均复合增长率达47.4%，但在电化学储能市场中的装机规模占比仍然偏低，2021年中国液流电池在电化学储能中的渗透率仅为0.9%，未来增长空间巨大。2016-2021年，中国液流电池相关专利进入爆发式增长阶段，每年的专利申请数量保持在800项以上，2022年相关专利申请数量略有下降，为654项。其中，中国科学院大连化学物理研究所专利数量位列榜首，持有专利高达620项，其次是住友电气工业株式会社，专利数量335项，大连融科储能技术发展有限公司持有专利310项，在中国企业中所持有的液流电池相关专利数量位列第一。
四、液流电池产业链下游分析
中国液流电池产业链下游包括电源侧、电网侧与用户侧的应用。CNESA（中国能源研究会储能专委会）统计显示，中国新型储能项目下游应用以电源侧为主，占比41%，电网侧应用占比35%，用户侧应用占比24%。这与现阶段液流电池的成本与体积有关，液流电池初装成本较高，个体用户难以负担其高昂成本，且已实现商业示范运行的全钒液流电池系统体积庞大，更加限制其在户用储能端的应用。国内外部分企业已开始探索小型全钒液流电池模组，通过提高电堆的功率密度实现电堆的小型化，再整合各个模块，提高集成度，从而缩小系统体积。目前，小型全钒液流电池可做到与家用冰箱的尺寸相近，能够作为工商业生产以及家庭用电的应急储备设施，并已出现一些成型产品。例如大连融科储能技术发展有限公司推出的ReFlex™系列，可广泛应用于工商业分布式储能和智能微网。以及德国Voltstorage公司推出的全钒液流电池模块，每个小型电池模块储能时长为4h，可以独立工作，也可通过多个模块串联提高电堆功率。小型电池模组拓宽了液流电池的应用场景，为液流电池的商业化应用注入新活力。
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