质子交换膜燃料电池研究现状

1、 全钒液流电池产业链梳理

作为全钒液流电池行业报告的第三篇，本篇报告系统梳理了全钒液流电池全 产业链的发展现状及产业链上下游的公司情况，包括上游资源、中游部件制造和 下游钒电池生产企业。

1.1、 产业链各环节及公司梳理

全钒液流电池系统主要由电堆、电解液和其他部分组成。电解液充当正负极 活性物质，主要为含钒离子的溶液；电堆充当电的反应场所，其中电堆核心零部件为电极、隔膜和双极板，还包括集流体、液流框等；其他部分包括 BMS、PCS 等电控系统以及泵和储存罐等。

目前产业链发展较为初期，多数环节由钒电池生产企业自行完成，主要形成 了上游五氧化二钒的原料生产，中游各部件的配套和下游整装生产三大环节。主 要的公司情况如下： 上游：上游主要为电解液原料五氧化二钒的生产，包括钒钛股份、河 钢股份、川威集团、龙佰集团等。 中游：电解液生产企业主要有大连博融、湖南银 峰、河钢股份等。电堆目前多数由钒电池生产企业内部供应，主要包括大连融科 等钒电池企业；其中，质子交换膜生产企业主要有科慕、东岳集团、 苏州科润等；电极生产企业包括辽宁金谷等。其他的则为电控、电子系统以及储 存罐等工程物件。 下游：钒电池生产企业包括大连融科、北京普能、伟力得、武汉南瑞 等。

1.2、 各环节成本构成：时长越长，单位成本越低

4 小时储能系统单价约 3000 元/kwh，时长越长成本越低

全钒液流电池的功率和容量相互独立，功率由电堆的规格和数量决定，容量 由电解液的浓度和体积决定。当功率一定时，要增加储能容量， 只需提高电解液体积、浓度即可，液流电池单位增加的成本低于其他系统电池。 大连化物所的张华民在《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》中测算了不同储能时长的全钒液流电池储能系统价格。除电解液以外的电池储 能系统市场价格为 6000 元/kW，五氧化二钒 10 万元/吨时，电解液的价格约 1500 元/kWh。 当储能时长为 1 小时，储能系统价格为 7500 元/kwh。若储能时长为 4 小 时，储能系统价格为 3000 元/kWh。 若储能时长升为 8 小时，储能系统价格为 2250 元/kwh。储能时长越长，单位 成本越低。

2、 产业链：电解液、膜为重要环节

2.1、 电解液：成本占比约一半，2025 年对钒需求拉动 约 50%

电解液是钒电池的关键材料，不同于锂离子电池，钒电池电解液直接充当电 池系统的正负极。电池的正极电解液为含有四价和五价钒离子的硫酸溶液，为负 极电解液为含有二价和三价钒离子的硫酸溶液。全钒液流电池的电解液是通过硫 酸/盐酸和五氧化二钒混合得到高浓度的含钒溶液，再通过配方配制获得。

五氧化二钒的主要来源于钒钛磁铁矿、石煤提钒、废催化剂原料等提取方式， 目前国内主流的提钒方式是从钒钛磁铁矿炼钢过程中产生的钒渣中提取五氧化 二钒。从事上游钒制品生产的公司包括钒钛股份、河钢 股份等。 据百川盈孚，国内钒产品产能合计 17.14 万吨，钒产品生产的前十大企业分别是钒钛股份、承德钒钛、成渝钒钛、承德建龙、四川德胜钒钛、 达钢集团、五洲矿业、玉典钒业、虹京实业、宏发钒业。其中钒钛股份拥有 4 万吨五氧化二钒产能，河钢股份旗下的承德钒钛拥有钒产品折 2.2 万吨产能。

同时，部分上游五氧化二钒的生产企业已经开始介入到电解液的生产当中， 如钒钛股份与大连博融的合作，河钢股份与北京普能合作等。目前主要生产钒电 解液的企业有湖南银峰、星明能源、大连博融、河钢股份等。 湖南银峰：湖南银峰主要专注于新型大功率大容量储能产品—全钒液 流氧化还原电池储能系统的研发、制造与商业化应用，产品包括电堆、电解液、 电池管理系统和关键材料。公司拥有 40 余项核 心专利，包括电解液制备、高纯钒冶金冶炼、核心电堆设计、系统集成设计等， 公司官网显示其全资子公司江西银汇新能源的江西宜春年产 6.6 万 m3钒电解液 项目正在建设中。 星明能源：星明能源为川威集团子公司，2011 年开始钒 电解液研发，已成功开发了两代钒电解液生产技术。公司专注于钒钛技术、钒电 解液产品研发、生产和销售业务，主要产品有三氧化二钒、钒铁合金、钒氮合金、 高纯五氧化二钒、钒电解液、钙钛精矿；川威集团官网显示星明能源拥有年产 2000m3钒电解液的生产线。 大连博融：大连博融是国内第一家大规模生产钒电解液的企业。公司 主要产品有氧化物、钒酸盐、钒电解液。公司已拥 有年产 1GWh 的钒电解液生产线。2021 年 9 月，钒钛股份已与大连博融签订《战 略合作协议》。 河钢股份：公司在投资者关系平台表示，2022 年 7 月已建成 1000 吨 /年钒电解液产线，预计 2022-2025 年分三期建设 5 万立/年电解液产线和 300MW/年钒电池装备产线。

钒电池对五氧化二钒需求拉动的市场空间测算

我们以已外发报告《共享储能模式有望加速钒电池装机——钒电池行业报告 系列二》中对钒电池装机规模的预测作为依据，测算对五氧化二钒的需求拉动。 在该报告中我们按照中国发电侧储能装机量测算了钒电池年新增装机规模的理 论空间。 1）悲观假设下，2022-2025 年钒电池的年新增装机功率分别为 0.4/0.8/1.3/1.9GW，对应 4 小时储能装机，对应的年新增装机容量分别为 1.6/3.3/5.2/7.5GWh。 2）乐观假设下，2022-2025 年钒电池的年新增装机功率分别为 0.5/1.3/2.4/4.0GW，对应 4 小时储能装机，对应的年新增装机容量分别为 2.0/5.2/9.6/16.1GWh。

对应五氧化二钒的单耗，2025 年钒电池拉动的五氧化二钒需求分别为 6.1 万吨和 12.9 万吨，假设五氧化二钒价格稳定在 10 万元/吨， 对应市场规模分别为 61 亿元和 129 亿元。

2.2、 电堆：质子交换膜、电极、双极板为主要部件

电堆是发生电化学反应的场所，集成了电极、隔膜、双极板等材料组件， 其密封设计、组装工艺等对于电池的可靠性、功率密度以及整体成本都有着至关 重要的影响。电堆由多个单电池按照滤压机的方式叠合而成。目前生产钒电池的 企业基本都是自己生产电堆，包括大连融科、北京普能、上海电气等。 电堆的主要结构包括质子交换膜、电极、双极板、铜集流板、液流框、端板 及连接件等，其中质子交换膜、电极、双极板为主要的构成部分。

参照《乐山伟力得全钒液流电池储能系统智能生产线技改扩建项目环境影响 报告》，1MW 钒电池的电堆对各部件的用量为质子交换膜 830 平方米、石墨毡 /碳毡 1450 平方米、双极板 1000 平方米，铜板、铝合金板、PE 板、双色板分别为 70 平方米、130 平方米、3200 平方米和 130 平方米。

2.2.1、质子交换膜

质子交换膜是电堆的重要组成部分，其作用是允许氢离子通过的同时，阻止 正负极电解液中不同价态的钒离子的混合。理想的质子交换膜应该拥有高物理化 学稳定性、低膜电阻、钒离子选择性高、高质子电导率、低水渗透率和低成本的 特点。 按照离子交换团不同，钒电池质子交换膜可分为非离子导电膜 和离子导电膜；按照化学成分不同，钒电池质子交换膜可以分为含氟类质子交换 膜、非氟类质子交换膜。

全氟类质子交换膜是最早产业化应用于液流电池的商用膜，现在主流的全氟 磺酸膜由聚四氟乙烯的主链和全氟乙烯基醚的磺酸基构成， 共同形成亲疏水分离结构，并且可在强酸强碱中稳定存在。 含氟类质子交换膜虽然有较好的耐酸耐碱性和质子电导率，但成本较高。近 几年非氟化膜迅速发展，很多研究尝试使用碳氢化合物膜来替代含氟膜。由于磺 酸基、羧基等基团的存在有利于隔膜传导质子，且该材料具有较好的物理化学稳 定性，因此磺化芳香族化合物开始受到青睐。芳香族化合物主要包括聚醚醚酮 、聚砜、聚苯并咪唑和聚酰亚胺，通过磺化的 方法在芳香环中引入磺酸基可以使其具有较好的质子电导率。 在离子交换膜方面，目前全球钒电池主要使用的是科慕的 Nafion 全氟磺酸树脂交换膜，Nafion 薄膜以磺酸基团为交换基团，作为全钒氧化还原液流电池的标准隔膜，其在电解液中的稳定性高，但价格昂贵。目前，国内的江苏科润新材料、东岳集团、亿华通旗下的上海神力、中科院大连化物所、国润储能等都自主创新开发了更低成本 的膜，其中江苏科润新材料和东岳集团为专业膜生产商。 据高工氢电统计，国内市场仍以科慕的全氟磺酸树脂膜为主要应用产品，其 出货量市场占有率为 77%；而国产的液流电池质子交换膜市场占有率为 23%， 其中，国内出货量靠前的企业为科润新材料和东岳未来氢能。

江苏科润

江苏科润成立于 2019 年，由国家万人计划专家杨大伟创办，拥有近 10 年 的全氟离子膜与质子交换膜研发制造经验。全资子公司江苏科润膜材料有限公司 成立于 2011 年，拥有全氟离子膜方面的技术专利 40 余项，其开发的全氟离子 膜已在燃料电池、钒电池、电解水制氢、二氧化氯发生器、金盐制备、氨基酸精 制等领域得到了广泛应用。 公司年产 100 万平方米全氟质子交换膜项目环评报告已于 2022 年 9 月 8 日获得苏州生态环境局审批通过，项目施工周期 8 个月。

东岳未来

东岳集团旗下子公司东岳未来氢能以氢能核心材料为主要产业，致力于氢燃 料电池质子交换膜及相关配套含氟功能材料的开发与生产。主营产品包括：氢燃 料电池质子交换膜、水电解制氢膜、液流电池膜、膨体聚四氟乙烯膜、 全氟磺酸离子交换树脂、全氟羧酸离子交换树脂、乙烯-四氟乙烯共聚物、六氟环氧丙烷、全氟正丙基乙烯基醚等，产品质量和 供应保障能力得到国内外客户的广泛认可。 东岳未来氢能是国内少数实现全氟质子交换膜全产业链量产技术突破并拥 有大规模供应能力的企业。东岳未来氢能 150 万平米质子交换膜生产线一期工 程已于 2020 年 11 月正式投产。

泛亚微透

泛亚微透是一家拥有自主研发及创新能力的新材料供应商和解决方案提供 商，主要围绕 ePTFE 膜及 SiO2 气凝胶为核心技术 主线，通过对微观多孔材料的改性、复合，公司不断为客户定制化地开发具有特 殊声、电、磁、热、防水透气、气体管理、耐候耐化学等特性的组件产品。

2022 年 1 月 4 日，泛亚微透发布公告，公司拟与 21 家机构及个人共同发 起设立合资公司“江苏源氢新能源科技股份有限公司”，投资建设 ePTFE 功能 膜和氢燃料电池工程技术研究院，以及 150 万 m氢质子交换膜产业化项目。项 目全部建成预计需要 36 个月。公司拟出资 10000 万元，占合资公司总股本的 25%。

4）东材科技

东材科技集团股份有限公司创建于 1966 年，主要从事化工新材料的研发、 制造和销售，以新型绝缘材料为基础，重点发展光学膜材料、电子材料、环保阻 燃材料等系列产品。 东材科技通过旗下全资子公司广州艾蒙特布局质子交换膜业务。2021 年 9 月 7 日，东材科技发布公告，拟通过全资子公司广州艾蒙特新材料科技有限公司 投资建设“年产 50 万平米质子交换膜项目”，致力于电解水制氢、燃料电池等 领域用质子交换膜的研发和制造。

武汉绿动

2020 年，国家电投氢能公司设立武汉绿动，负责建设国家电投华中氢能产 业基地，总投资达 70 亿元，除质子交换膜外，还包括膜电极、碳纸、电堆及燃 料电池系统等，同时进行电解水制氢关键设备的研发和生产。 2021 年 12 月，武汉绿动年产 30 万 m质子交换膜生产线正式投产。

浙江汉丞

浙江汉丞科技有限公司成立于 2016 年，致力于研发、生产、销售世界先进 的含氟高分子材料、高强度纳米纤维微孔氟膜、高强度增强型新能源电池隔膜， 全氟质子交换膜、全氟离子交换膜，应用在各类民用和工业用膜复合市场、液流 电池、水电解制氢、氢燃料电池等关键核心材料技术领域。 据高工氢电，浙江汉丞已经开发出 10-12 微米的质子交换膜，并建成年产 30 万平方米的质子交换膜生产线。

钒电池拉动的质子交换膜市场空间测算

我们以已外发报告《共享储能模式有望加速钒电池装机——钒电池行业报告 系列二》中对钒电池装机规模的预测作为依据，测算对五氧化二钒的需求拉动。 在该报告中我们按照中国发电侧储能装机量测算钒电池年新增装机规模的理论 空间。 按照前述《乐山伟力得全钒液流电池储能系统智能生产线技改扩建项目环境 影响报告》，单 KW 钒电池系统需要 0.8m2的质子交换膜，按照前述 预测，市场空间测算如下： 1）悲观假设下，2022-2025 年钒电池的年新增装机功率分别为 0.4/0.8/1.3/1.9GW，对应质子交换膜用量分别为 32/64/104/152 万平米。 2）乐观假设下，2022-2025 年钒电池的年新增装机功率分别为 0.5/1.3/2.4/4.0GW，对应质子交换膜用量分别为 40/104/192/320 万平米。 2025 年钒电池拉动的质子交换膜需求分别为 152 万平方米和 320 万平方米，假设 2025年质子交换膜单价降至 2000 元/m2，对应质子 交换膜市场规模分别为 30.4 亿元和 64 亿元。

2.2.2、电极

电极是提供离子和电子交换的场所，并且与其它电池不同的是，液流电池的 电极不会做为反应物质参与反应。电极材料需要有 1）高电导率，比表面积；2） 具备稳定的网状结构和亲水性；3）高机械性能；4）高化学惰性。 最早的电极材料分为金属电极、碳素电极和复合电极， 但是由于被广泛使 用的金属电极材料电化学性能欠缺或者成本过高，现在碳素电极被广泛应用，目 前主要使用的有碳毡和石墨毡。 碳毡是指碳纤维在 1000℃温度下进行碳化得到，石墨毡则是炭纤维毡在无 氧环境下加热到 2000℃得到的石墨纤维毡。碳毡和石墨毡是多空性毡状纤维材 料，二者以其广泛的三维网络结构、高比表面积以及良好的电导率和电化学稳定 性成为电极材料的主要材料。

目前生产电极的主要企业有辽宁金谷、江苏普向等。

辽宁金谷

辽宁金谷是一家集科研、生产、销售和服务为一体的高新技术企业。主要产 品有定型碳纤维复合材料、PAN 基碳毡及石墨毡、PAN 碳布及石墨布、粘胶基 碳毡及石墨毡、固化石墨毡、碳绳、液流电池电极石墨毡。公司装配有 PAN 基、 粘胶基碳毡、石墨毡连续化生产线。 现阶段使用的电极制备技术为连续烧结炉和连续活化炉串联，连续烧结炉时 采用二茂铁催化剂在惰性气体保护下形成碳纳米管+连续活化炉通入水蒸气或其他气体+撒入催化剂硝酸铋粉末进行活化，实现预氧毡到石墨毡的转化，达成氧 化毡体表面纳米级微孔结构构建以增加比表面积。 公司官网显示，公司通过对石墨毡的进一步改性处理，使其能量效率得到提 高；目前公司的产品应用于大连融科的 200MW/800MWh 示范项目及其为美国 UET 提供的电堆等项目；另外，国内上海电气、国网南瑞、大力电工、朝阳华 鼎、湖南德沃普等企业全部采用公司的电极石墨毡开发了新的液流电池堆型，新 型电堆的电流密度普遍得到大幅度提高。

江苏普向

江苏普向环保科技有限公司地处徐州，是集碳纤维材料科研、开发、生产、 销售于一体的新型环保材料企业。产品涉及黏胶基、PAN 基、预氧丝纤维等系 列，并拥有预氧化、碳化、石墨化到制品的完整生产能力。 公司生产规模大，工艺设备先进，利用自主技术研制的少数碳纤维产品已经 到达国际同类产品领先水平。公司生产的碳毡产品具有导电性能好，渗透速度快， 纤维分布均匀，特别耐腐蚀，强度高等特点。原料在预氧化炉的高温环境中，最 高活化温度达到 1300℃，比表面积可达 1000~3000 m2 /g。

2.2.3、双极板

双极板的作用是为了物理上隔绝双极板两侧的电解液互相渗透，在支撑整个 电堆结构的同时串联单个电池，使电路流通。因此，优秀的双极板需要拥有低渗 透率、在电解液中的电化学稳定性、高导电率和机械完整性。双极板的主要材料 包括碳/石墨材料、石墨基复合材料和金属双极板。 金属双极板使用的金属材料包括：1）金、钛、铂等贵金属材料，其耐腐蚀 性、导电性好，但价格极其昂贵；2）铅金属双极板，缺点是有毒性且表面容易 被氧化；3）不锈钢双极板，价格低廉、可加工性强，但在酸性环境下容易被腐 蚀需要对其表面进行改性处理，改性处理方法工艺复杂，不适合大规模生产。金 属双极板不能很好的用于腐蚀性电解质的液流电池体系，如全钒液流电池，但腐 蚀性较弱的液流电池如锌溴电池，可以使用表面只有碳化钛的钛板作为双极板。 目前在具有腐蚀性电解质的液流电池中采用的是石墨双极板和石墨基复合 双极板。石墨双极板导电性能良好，在酸性条件下稳定，高导电性，但加工复杂， 加工安装时容易发生断裂，生产效率偏低；而石墨基复合材料通过在石墨主题材 料中选择性添加辅助导电炭材料、增强材料以及树脂作为粘结剂，在具有高分子 树脂良好的加工性能和机械强度，以及碳素材料优异的导电性能的同时，还可以 降低双极板的制备成本。 石墨双极板虽然拥有高导电率，但是电化学稳定性差，而碳/石墨材料虽然 电化学稳定性好，但是机械强度差，所以现阶段使用的是碳聚合物基复合材料。 目前生产双极板的主要企业有易成新能等。

易成新能

易成新能主要产品有高效单晶硅电池片、锂电池、太阳能电站、超高功率石 墨电极、负极材料。公司在投资者互动平台表示，全钒液流电池项目由易成新能 参股孙公司开封时代新能源科技有限公司负责筹建，项目目前已完成备案、环评 手续；双极板项目目前已经完成中试，正在完善项目备案手续。

2.3、 其他电控系统

除了以上电解液和电堆，还需要一些电控系统对钒电池的电池、内外部连接 和系统管理，如 BMS、PCS、CCS等。

PCS

PCS 又称电力转换系统，在钒电池系统中担任钒电池与电网端双向电力传 输的角色，可以通过 PCS 的标准电力母线与电网、光伏发电、用电设备等直接 相连，实现了储能电池与电力系统的连接。 PCS 由变压器、双向逆变器、并网 开关柜组成，具有对电池充电和放电的功能，可用于光伏/风力发电功率平滑、 削峰填谷、微型电网等多种场合。目前生产钒电池的 PCS 企业有智光电气等。

2.4、 电池生产企业

目前行业头部的钒电池生产企业包括大连融科、北京普能、伟力得、武汉南 瑞等。

大连融科储能

大连融科储能技术发展有限公司成立于 2008 年，下属融科储能、融科装备 及博融新材料，已成为全球领先的全钒液流电 池全产业链开发、完整自主知识产权及高端制造能力的服务商。 大连融科由大连恒融新能源有限公司和中国科学院大连化学物理研究所共 同组建，大连融科领军国内外液流电池标准的制定，引领全球液流电池技术的发 展。目前成功实施了多项商业化应用示范项目，在全钒液流电池的核心技术领域 拥有完整的自主知识产权，拥有的专利超过 300 余项。 融科储能提供的服务涵盖全钒液流电池关键材料、电堆、电池模块、KW 至 百 MW 级电池储能系统的供应以及客户定制储能解决方案。公司官网显示，公 司已经建立了 300MW/年全钒液流电池储能产业化装备基地，实现了 559MWh 的装机量。2022 年 2 月，融科储能承建的国家级示范项目一期 100MW/400MWh 级全钒液流电池储能电站建成，并于 2022 年 8 月底调试并网。

北京普能

北京普能于 2009 年收购了加拿大 VRB Energy ，现已成为一家成长迅速的 全球清洁技术创新企业。普能开发出目前世界上高安全、大容量、长时储能和长 电池寿命为一体的全钒液流储能电池和解决方案。据北京普能官网介绍，其在全球已经安装和正在处于开发阶段项目容量达到 500 兆瓦时，安全稳定运行的时 间累计接近 100 万个小时。 普能特有的低成本的离子交换膜、长寿命的电解液配方以及创新的电堆设计 使普能区别并领跑于其他供应商。由普能拥有专利的、基于金属钒元素的氧化还 原反应的全钒氧化还原液流电池储能系统 可将能量储存在电解液 中。2021 年开发出全新第三代 MW 级 500KW 钒液流电池储能产品，启动 100MW 级大型储能电站项目开发。2019 年交付湖北枣阳 10MW 光储用首期 3MW 及国 内多个 MW 级储能项目。

伟力得

乐山伟力得能源是乐山晟嘉电气的全资公司，伟力得一家大规模安全储能系 统提供商，主要产品为全钒液流电池储能系统，针对储能侧和用户侧提供不同的 有个性化设计的标准化储能单元系统的个性化设计，满足用户特殊需求。 2022 年 7 月，公司与中核钛白签署《全钒液流电池储能全产业链》战略合 作协议。同月，甘肃伟力得与山丹县政府签署了《山丹县全钒液流电池储能装备 及光伏发电项目之投资协议》，在张掖市规划建设 250MW/1000MWh 规模的集 中式共享储能电站的试点项目，正在进行项目立项及备案。

武汉南瑞

国网英大是国家电网有限公司旗下上市公司。武汉南瑞是国网英大的间接全 资子公司。2010 年，武汉南瑞将电化学储能列为战略新兴产业，展开全钒液流 电池储能技术研究；于 2011 年成立风光储研发团队，并于 2017 年形成兆瓦级 的全钒液流电池电堆智能化生产能力。目前武汉南瑞已全面掌握钒电池改性选型 技术，具备钒电池本体设计、材料研制、系统集成能力，成功研发高功率钒电池 电堆和 250 千瓦/500 千瓦时储能系统，申请发明、实用新型专利共 70 项，授 权 40 余项。

国润储能

国润储能成立于 2020 年 6 月，是一家产学研一体化的高新技术企业。主营 业务包括液流电池储能技术研发和液流电池、氢燃料电池用高端离子膜生产。主 要产品有全氟离子膜、全钒液流电池等。国润储能拥有 30 项国际国内专利，拥 有全氟磺酸树脂隔膜和全钒液流电池的技术储备。 现在已经建成了钒液流电池规模化储能和高品质离子膜材料生产线，并实现 完全投产，还拥有年产 10 万平米全氟离子膜产线。2022 年 1 月中标华朔新能 源 250kW/1MWh 光储充一体化全钒液流电池储能系统项目。

大力电工

大力电工襄阳股份有限公司成立于 2002 年，专业从事电机软起动、变频调 速、SVG、APF 及高低压柜配套电控设备的研发、生产、销售及技术服务，以及 电池制造与销售。公司官网显示公司已具备 50/125/250kw 型号钒电池系列产 品。 2022 年 9 月 6 日，酒泉经开区管委会与大力电工襄阳股份有限公司举行全 钒液流电池储能装备生产项目签约仪式，该项目计划投资 8 亿元。

3、 降本空间：技术降本在路上

全钒液流电池拥有安全性高、扩容性强、循环寿命长等优点，特别适用于大 规模、长时储能电站。现阶段最大的缺点为初装成本较高。但由于钒电池仍处于 产业发展的初期，后续降本空间仍较大。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。

3.1、 电堆：结构设计+材料降本

3.1.1、电堆结构设计优化

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。

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%。

3.1.2、质子交换膜：国产替代和技术进步

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%、弹性模量高于 Nafion、断裂伸长率较小、 电导率优于 Nafion、机械强度和含水率相差无几。

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 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。

3.2、 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。

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。

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公司与 Pivot Power 签订合同，将会为其提供十年 的电解液租赁。

3.3、 产业链分工降本

由于现在钒电池储能系统还在刚开始发展的阶段，目前多数的钒电池生产企 业电解液、电堆、系统组装都是自研自产，后续产业链成熟后有望形成系统分工， 随着规模化生产，产业链降本效率有望提升。

4、 投资分析

4.1、 钒钛股份：钒制品全球龙头，与大 连融科合作电解液

公司目前主营业务包括钒、钛、电三大板块，其中钒、钛板块是公司战略重 点发展业务，主要产品包括钒铁、钒氮合金、钛白粉、钛渣等。公司是国内重要 的产钒企业，同时公司是国内五家具有氯化法钛白粉生产能力的企业之一，更是 少数具有“硫酸法+氯化法”钛白粉产品的生产企业。 2021 年 10 月，公司已 完成对西昌钒制品的收购，收购前钒产品产能为 2.2 万吨/年，收 购后钒产品产能达到 4 万吨/年。 2022 年上半年，公司实现营业收入 82.48 亿元，较上年同期增加 11.40 亿 元，上升 16.04%，营业收入上升主要是钒产品销量以及钒、钛产品价格较上年 同期上涨所致。归属于上市公司股东的净利润 10.73 亿元，较上年增加 3.83 亿 元，同比上升 55.52%，主要是钒产品销量以及钒、钛产品价格上升所致。

2022 年上半年，公司累计完成钒制品2.35 万吨，同比增 长 1.73%；钛白粉 13.04 万吨，同比增长 6.28%；钛渣 11.49 万吨，同比增长 4.74%。

2021 年 9 月 10 日，钒钛股份公告与大连博融在攀枝花市签订了战略合作 协议。公司优先安排提供钒产品供应大连博融。大连博融根据生产情况及钒钛股 份钒储能项目需要，可以对钒钛股份优先提供钒电解液、钒电池储能系统代加工 等服务。根据储能产业发展状况，双方商议共同投资，建设钒电解液工厂，逐步 扩大钒电池产业规模。后期，根据储能市场增长情况，双方适时启动钒电池储能 装备生产合作，产能与钒电解液产能相配套。

4.2、 河钢股份：与北京普能合作电解液

河钢股份拥有钢铁产品、钒钛钢铁冶炼和钒产品。钒钛钢铁冶炼和钒产品生 产技术方面处于世界领先地位，钒产品年产能 2.2 万吨。主要产品有五氧化二钒 、氧化钒、钒铁、氮化钒铁、钒铝合金等，成功研发了 99.9% 能源级氧化钒、钒电池电解液、金属钒、钛合金粉末等一系列高端钒钛产品，形成了完整的产品研发制备体系，钒钛产品广泛应用于航空航天、冶金化工、生物 医疗以及新能源等诸多领域。 2022 年上半年，公司产生铁 1436 万吨，粗钢 1383 万吨，钢材 1310 万 吨，生产钒渣 7.92 万吨。实现营业收入 719.94 亿元，较上年减少 30.37 亿元， 同比下降 4.05%；归母净利润 9.74 亿元，较上年减少 5.47 亿元，同比下降 35.98%。 公司子公司河钢承钢研究制备出杂质含量低、产品稳定性高、生产成本低的 高纯高性能全钒液流电池电解液，已开发出 10 余项工艺成熟、具有自主知识产 权的适用于全钒液流电池的高纯钒氧化物制备技术及商用电解液制备技术。同时 配套研发商用钒电解液系列检测技术，为商用钒电解液及钒电池开发研究与规模 化生产提供了完备、准确的数据支撑，检测方法达到同领域国际先进水平，填补 了国内钒电池理化检测技术空白。

公司子公司河钢承钢钒钛工程技术研究中心的 5kW/20kWh 全钒液流电池 储能系统正式投用，应用于河钢承钢钒钛产业园区避峰就谷时的厂区照明系统。 截至 2022 年 3 月底，河钢承钢的高纯氧化钒-电解液产线已经上下游贯通，实 现产量提升 50%和 3.5 价商用电解液批量生产，已经与国际顶尖钒电池制造企 业建立了战略合作关系。 公司在投资者关系平台表示，2022 年 7 月已建成 1000 吨/年钒电解液产线， 预计 2022-2025 年分三期建设 5 万立方米/年电解液产线和 300MW/年钒电池装 备产线。拟于 2022 年在钒钛新材料产业园建设 4MW/16MWh 钒储能系统 -150MW 光伏电站项目，所发电力全部用于新建钒钛新材料产业园区项目用电。

4.3、 中核钛白：与伟力得合建钒电池

中核华原钛白股份有限公司成立于 1989 年，是中国著名的钛白粉生产企业， 主要产品为高档金红石型钛白粉，产品广泛用于涂料、塑料、橡胶、油墨、造纸 等领域。 2022 年上半年，公司实现营业收入 28.75 亿元，较上年增加 2.64 亿元， 同比上升 10.15%。归属于母公司的净利润 5.37 亿元，较上年减少 1.20 亿元， 同比下降 18.23%。 2022 年 7 月，中核华原钛白股份有限公司与四川伟力得能源股份有限公司 签订《打造全钒液流电池全产业链战略合作协议》，签约后将围绕全钒液流电池 储能全产业链展开全面深度合作。并且合作协议中表示，中核钛白 2GW 源网荷 储项目采用钒液流电池储能进行试点示范的方案。 中核钛白拟与四川伟力得共同设立一家合资公司，合资公司钒电解液总体产 能规划 100 万立方米，首期建设 30 万立方米。双方前期将重点开发甘肃省内钒 矿资源，并全力在国内外获取优质矿产资源，所获资源全部由双方设立的合资公 司持有经营。

4.4、 龙佰集团：拟新建 3 万吨 V2O5

龙佰集团主要从事钛、锆精粉材料的研发和制造，深耕化工行业 30 余年成 为钛产业龙头。主要产品包括钛白粉、海绵钛、锆制品等。

2022 年上半年，公司实现营业收入 124.00 亿元，较上年增加 25.62 亿元， 同比增长 26.04%。归属于上市公司股东净利润 22.66 亿元，较上年减少 1.69 亿元，同比减少 6.93%。 公司于 2022 年 7 月公告投资建设“钒钛铁精矿碱性球团湿法工艺年产 3 万 吨五氧化二钒创新示范工程”，该项目由全资子公司龙佰四川矿冶有限公司投资 建设，总建设周期 31 个月，一期建设完成后可年产 1.5 万吨 98%五氧化二钒和 360 万吨铁精矿碱性球团；二期年产 1.5 万吨五氧化二钒和 360 万吨铁精矿碱性 球团。最终达到年产 3 万吨 98%五氧化二钒和 720 万吨铁精矿碱性球团。 2022 年 9 月 10 日，龙佰集团在投资者互动平台表示，截至 2021 年末，公 司在攀枝花保有钒钛磁铁矿资源量 1.33 亿吨，其中含钒金属氧化物资源量 32.36 万吨。公司氯化法钛白粉每年产生的废酸中含钒资源量 3000 吨，目前已建成 800 吨/年五氧化二钒生产线。

4.5、 易成新能：生产双极板，参股钒电 池企业开封时代

易成新能是一家以新材料、新能源、节能环保为主导的混合所有制上市企业。 主要产品有高效单晶硅电池片、锂电池、太阳能电站、超高功率石墨电极、负极 材料。2021 年年报显示，公司已完成石墨烯导热膜和燃料电池双极板的研究与 开发，实现Φ750mm、Φ650mm 电极规模化批量生产，建成石墨烯导热膜示范 线。同时，已建成年产 1.5 万片的石墨双极板中试示范线，研发成功用于氢燃料 电池和液流电池的双极板。 公司碳纳米管基石墨纸研制项目预计 2022 年 12 月结项，届时将能实现有 效的在水中分散碳纳米管，提高碳纳米管分散液浓度，有效负载催化剂并降低催 化剂流失速率。项目将应用于全钒液流电池、铁/铬液流电池、氢燃料电池。该 项目可开发出性能优异，成本低廉的电池用电极材料。 2022 年 5 月，公司在投资者互动平台表示，其全钒液流电池项目由公司 38.5%参股公司开封时代新能源科技有限公司负责筹建，项目目前已完成备案、 环评手续；双极板项目目前已经完成中试，正在完善项目备案手续。

4.6、 东岳集团：国内质子交换膜龙头

公司成立于 1987 年，主要从事新型环保冷媒、含氟高分子材料、有机硅材 料、氯碱离子膜和氢燃料质子交换膜等的研发和生产，掌握了大量全球领先的技 术，产品广销 100 多个国家和地区。其全氟磺酸质子交换膜以成卷方式供应， 每卷膜标准长度为 50m的自动化生产）。 山东东岳未来氢能材料有限公司成立于 2017 年，是国内首家实现全氟化质 子交换膜全产业链量产技术突破的企业，具有规模化供应能力；其含氟功能膜材 料国家重点实验室是目前国内唯一的含氟功能膜材料国家重点实验室。 依托东岳集团在特种氟化工、离子交换树脂、功能膜材料多年的研发经验和 工业技术积累，其燃料细胞膜产品性能达到国际先进水平。东岳未来氢能年产 150 万平方米质子交换膜生产基地一期项目已投产。

4.7、 永泰能源：与海德股份共同布局钒

资源+钒电池 公司成立于 1992 年，致力于煤炭、电力、石化基础能源产业发展，以煤电 互补为基础的综合能源经营格局基本形成。目前主要产业有能源、投资、金融、 房地产等板块。 公司与海德股份共同和新疆汇友集团、汇宏矿业签署了《股权收购协议书》， 通过德泰储能收购新疆汇友集团持有的汇宏矿业 65%股权。汇宏矿业主营业务 为钒矿开采及冶炼，其名下位于敦煌市平台山的钒资源矿山，后续通过补充勘探 和对冶炼设备进行更新和技术改造，钒矿石资源量可达 2490 万吨，五氧化二钒 资源量可达 24.15 万吨，五氧化二钒产能 3000 吨。 公司拟与海德股份共同投资设立北京德泰储能科技有限公司。 德泰储能将以投资电化学储能项目为主业，推进在储能材料资源整合、提纯冶炼、 储能新材料、电解液加工、电堆、装备研发制造和项目集成等全钒液流电池储能 领域的全产业链发展，为新能源及传统电力系统提供全套储能解决方案。 公司及控股子公司沙洲电力、海德股份共同签署了《张家港沙洲电力有限公 司 2×1000MW 机组全钒液流电池储能辅助调频项目合同》，公司与海德股份拟 通过共同出资设立的德泰储能在公司所属沙洲电力开展沙洲二期 2×1000MW 机组储能项目建设。沙洲二期储能项目由德泰储能、沙洲电力合作建设，由德泰 储能投资 1.5 亿元，在沙洲电力二期 2×1000MW 机组上增设 30MW/30MWh 全 钒液流电池储能系统，建设 2×1000MW 机组储能辅助调频项目并开展运营维护 工作，双方共同开展储能 AGC调频业务合作。

4.8、 海德股份：与永泰能源共同布局钒

资源+钒电池 公司从事的主要业务有困境资产收购重组业务、收购处置业务、特殊机遇投 资业务以及管理类业务。2022 年 8 月 30 日公告，拟与永泰能源合作收购钒资 源以及共同投资建设储能子公司。

4.9、 西部矿业：石煤提钒建成将达产能 3850 吨

公司是中国第二大铅锌精矿生产商、第五大铜精矿生产商。公司主要从事铜、 铅、锌、铁、镍等基本有色金属、黑色金属的采选、冶炼、贸易等业务，以及钒、 钼、黄金、白银等稀贵金属和硫精矿等产品的生产及销售。 2021 全年新增钒矿石量 698.96 万吨，五氧化二钒资源保有量 65 万吨，偏 钒酸铵 1000 吨/年的产能，其肃北七角井钒铁矿钒产量为 23 万吨/年。据年报 称，其子公司西矿钒科技彻底攻克石煤提钒冶炼技术，全面打通工艺路线，偏钒 酸铵产量稳定，二期工程建成并开始调试，战略资源开发迈出坚实步伐。 2022 年 6 月，西矿钒科技石煤提钒石煤提钒一期工程正式投产，项目设计 年产 98%偏钒酸铵 1239 吨。待项目全部建成后，将达到年处理含钒石煤 50 万 吨，年产 98%偏钒酸铵 3850 吨的规模。

4.10、国网英大：子公司武汉南瑞已全面 掌握钒电池相关技术

国网英大是国家电网有限公司旗下上市公司。武汉南瑞是国网英大的间接全 资子公司。2010 年，武汉南瑞将电化学储能列为战略新兴产业，展开全钒液流 电池储能技术研究；于 2011 年成立风光储研发团队，并于 2017 年形成兆瓦级 的全钒液流电池电堆智能化生产能力。目前武汉南瑞已全面掌握钒电池改性选型 技术，具备钒电池本体设计、材料研制、系统集成能力，成功研发高功率钒电池 电堆和 250 千瓦/500 千瓦时储能系统，申请发明、实用新型专利共 70 项，授 权 40 余项。 国网英大于 2022 年 5 月 11 日在投资者互动平台表示，公司下属武汉南瑞， 依托多年来科技项目与实际应用的研发、设计和建设经验，沉淀积累了储能设计 和研究的核心竞争力，目前已落地“汉口火车站西侧充电塔新建工程综合能源项 目”等项目。项目团队正在推进其他相关储能试点项目前期工 作，促进形成可复制推广的模式，推进业务商业化运行。 公司在 2022 年半年报中表示，基于全钒液流电池使用安全、寿命长、全寿 命周期成本低、输出功率和储能容量相互独立等特点，深入研究并实践商业化运 行模式，积极推动全钒液流储能示范项目，完成汉口火车站钒电池储能电站接入， 中标湖北广水兆瓦时级钒电池储能项目，完成 250kW 全钒液流电池电堆模块化 工程设计、一体化电堆密封性结构改进和测试装置开发。

4.11、上海电气：已有钒电池示范项目验 收

上海电气主营业务涉及能源装备、工业装备、集成服务三大领域，产品包括 火力发电机组、核电机组、风力发电设备、输配电设备、环保设备、 自动化设备、电梯、轨道交通和机床等。上海电气钒电池业务由其子公司上海电 气储能公司负责，技术由上海电气中央研究院提供。上海电气集团中央研究院储 能液流电池产品部成功研发 5KW/25KW/50KW 的钒液流电池电堆。该电堆可集 成至百千瓦/兆瓦级集装箱式全钒液流电池储能系统。 公司于 2022 年 3 月 24 日在投资者互动平台表示，汕头智慧能源全钒液流 电池储能电站已于 2021 年上半年顺利通过验收。自主研发的 1MW/2MWh 全集 装箱式全钒液流电池系统中标国家电投海阳储能电站项目于 2021 年 8 月开工建 设，同年 12 月并网试运行。

4.12、山东海化：与液流储能科技有限公 司合资电池公司

山东海化成立于 1995 年，于 1998 年在深交所上市。公司深耕海洋化工领 域，拓展新兴产业，主营业务为制造销售原盐、纯碱等各类化工产品及化工原料、 石油化工、发电等，涵盖盐化、能源、石化、辅业四大板块，主要产品 10 余种， 其中纯碱、原盐、氯化钙、溴素、氯化镁 5 种产品产能位居全国前列。

山东海化于 2022 年 8 月 19 日公告其全资子公司山东海化氯碱树脂有限公 司以 35%的参股比例与液流储能科技有限公司投资设立山东液流海材料科技有 限公司。依托现有氯碱树脂盐化工产业优势，向新型电化学储能产业延伸，加快 产业升级。 液流储能科技有限公司的股东为天恩能源和江苏泛宇，其中天恩能源有限公 司占比 51%，长期从事综合能源业务和能源相关的资本运作；江苏泛宇能源科 技有限公司占比 49%，有第三代液流电池技术和钒电解液、铁铬电解液技术以 及相应的迭代研发能力，目前已有成熟的液流储能电堆和电解液产品对外销售。

4.13、西子洁能：参股钒电池生产企业德 海艾科

公司主要从事余热锅炉、清洁环保能源发电装备等产品的咨询、研发、生产、 销售、安装及工程总承包业务，为客户提供节能环保设备和能源利用整体解决方 案，是我国规模最大、品种最全的余热锅炉研究、开发和制造基地。 公司于 2022 年 7 月 10 日在投资者互动平台回答投资者提问时表示，公司 参股 15%的德海艾科主营为全钒液流电池。

4.14、凯迪股份：设立投资基金投资钒电 池企业

公司主营业务为线性驱动系统产品的研发、生产和销售，按照产品下游应用 领域具体分为智能家居驱动系统、智慧办公驱动系统、医疗康护驱动系统和电动 尾门驱动系统。同时公司在光伏跟踪系统应用领域投入了研发，不断加大产品在 不同领域的应用，开拓新的市场。 公司于 2022 年 8 月与前海同威签订了《 共青城惟裕创业投资合伙企业合伙协议》，拟共同出资设立投资基金对约定的唯一投资目标公司进行 投资。合伙企业设立的目的是投资于全球领先的全钒液流电池综合服务提供商， 目标公司技术来自中国科学院化学物理研究所和强大的自主研发体系，业务覆盖 上游钒材料、中游钒电池部件及下游储能电厂服务。 投资基金总规模 5105 万元，公司作为有限合伙人认缴出资 5000 万元，占 认缴出资总额的 97.9432%；前海同威作为普通合伙人认缴出资 105 万元，并担 任执行事务合伙人和基金管理人，占认缴出资总额的 2.06%。

精选报告来源：【未来智库】。