液流電池具備兩大核心優(yōu)勢：1）安全：從根本上避免爆燃，2）耐用：活性物質(zhì)衰減緩慢，工作壽命長達(dá) 15-20 年，加之儲能系統(tǒng)一般是靜態(tài)設(shè)施，對重量、體積的要求不高，能量密度并非關(guān)鍵指標(biāo)，使得其尤其適合作為大規(guī)模儲能系統(tǒng)。

安全和耐用是液流電池的核心優(yōu)勢

全釩液流電池技術(shù)已成熟、綜合性能好，是目前所有液流電池技術(shù)中最成熟、最可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化的。其除液流電池的普遍優(yōu)點(diǎn)外，還有三項(xiàng)優(yōu)勢：1）環(huán)境友好：全封閉運(yùn)行，幾乎零排放；2）殘值較高：電解液釩元素不發(fā)生損耗，殘值約 70%；3）回收方便：電解液只含單一過渡金屬，容易提取。雖然釩電體積相對鋰電更大，但是戶用儲能釩電產(chǎn)品體積仍有一定競爭性，疊加其安全、高生命周期性價比兩大優(yōu)勢，除大規(guī)模儲能系統(tǒng)外，小型化全釩液流電池同樣能與家用光伏配套使用。

全釩液流電池與氫燃料電池結(jié)構(gòu)與原理類似，電堆是系統(tǒng)的核心部件，是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)生電能的場所，電解液或氫氣儲存在外部儲罐中。

全釩液流電池和氫燃料電池原理類似

鑒于單個電池單元輸出功率較小，實(shí)踐中通常通過將多個單元以串聯(lián)方式層疊組合構(gòu)成電堆來提高整體輸出功率。以氫燃料電池為例，電堆是由雙極板與膜電極交替疊合，各單體之間嵌入密封件，經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿拴牢，構(gòu)成的復(fù)合組件。

全釩液流電池和氫燃料電池單芯結(jié)構(gòu)及組合方式類似

從成本構(gòu)成看，電堆是電池系統(tǒng)的價值量核心，國內(nèi)電堆在核心材料缺乏與關(guān)鍵技術(shù)方面存在短板。釩氫共用材料中，目前石墨雙極板基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層仍主要依賴進(jìn)口。

電堆的降本之路：據(jù) GGII 統(tǒng)計(jì)，電堆近年的降價幅度約為每年30%。與此同時，氫燃料電池系統(tǒng)的平均降價幅度約為每年 15%。2021 年，批量采購的電堆價格已降至 2000 元/kW 以下，這也使得燃料電池系統(tǒng)價格低于 5000 元/kW 成為可能。

重塑燃料電池系統(tǒng)銷售情況與成本（kW、萬元/套、萬元/kW、套）

億華通燃料電池系統(tǒng)銷售情況與成本（kW、萬元/套、萬元/kW、套）

釩氫尚處產(chǎn)業(yè)化初期，共用組件更具高確定性未來

1、氣體擴(kuò)散層（GDL）

位于氣體流場層和催化層之間，主要由碳紙/碳布經(jīng)疏水處理和微孔層涂覆形成。氣體擴(kuò)散層的質(zhì)量主要取決于碳紙基材，而基材的質(zhì)量則取決于上游碳纖維。碳紙的制備中，體現(xiàn)技術(shù)難度的主要在打漿環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)需要控制打漿度以確保碳纖維的切斷的長度適中，粘合劑、分散劑等溶液的材料選擇與配比均會影響碳紙的性能。競爭格局方面，龍頭包括日本 Toray、德國SGL以及美國 AvCarb等，其中Toray、SGL 均布局碳纖維全產(chǎn)業(yè)鏈。

2、質(zhì)子交換膜（PEM）

目前主流技術(shù)是全氟磺酸質(zhì)子交換膜。PEM 逐漸趨于薄型化，由幾十微米降低到十幾微米，降低質(zhì)子傳遞的歐姆極化，以達(dá)到更高的性能。競爭格局方面，美國的科慕和戈?duì)栴I(lǐng)先市場，后者產(chǎn)品系列最為豐富、產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用案例最多，是車用燃料電池市場的主導(dǎo)者 。國內(nèi)研制能力強(qiáng)、已有規(guī)?；a(chǎn)能力的主要是東岳未來，其以完整的含氟精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)鏈為特點(diǎn)。

東岳產(chǎn)業(yè)鏈一體化

3、雙極板（BP）

依材質(zhì)可分為石墨雙極板、金屬雙極板和復(fù)合雙極板。氫燃料電池目前主要采用石墨板或金屬板，釩液流電池傾向復(fù)合板。國產(chǎn)化進(jìn)程方面，石墨板基本已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，金屬板已有部分企業(yè)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，復(fù)合板尚處研發(fā)階段。

各類型雙極板比較

石墨板適應(yīng)需求趨于薄型化，乘用車為金屬板帶來機(jī)遇。

1、石墨板

由于其高耐腐蝕性、高耐久性，以及相對較低的技術(shù)壁壘，率先實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，在對體積較不敏感而對耐久性敏感的特種車、商用車領(lǐng)域示范應(yīng)用。然而，石墨雙極板的制作周期長、機(jī)械性能差、加工難度大、制作成本高等劣勢也不可忽視。市場已有越來越多的企業(yè)成功開發(fā)出超薄超精細(xì)石墨雙極板，提前突破了國家制定 2025 年前單組石墨雙極板厚度 1.5mm 的要求，功率密度開始接近豐田第一代金屬雙極板的水平。

2、金屬板

抗腐蝕性差，壽命過短是其應(yīng)用的阻礙，然而隨著涂層工藝的持續(xù)進(jìn)步與突破，其有望實(shí)現(xiàn)和石墨板相同的使用壽命。豐田汽車公司率先在旗下Mirai 燃料電池汽車上使用金屬雙極板和涂層，解決了腐蝕、成本和導(dǎo)電等一系列問題。憑借其機(jī)械性能優(yōu)異、高體積功率密度、成本低廉且易批量生產(chǎn)等優(yōu)勢，金屬雙極板將在乘用車規(guī)?；瘧?yīng)用的進(jìn)程中實(shí)現(xiàn)突破。

石墨板最小厚度（1.3mm）正向金屬板（1.1mm）靠近

3、市場格局

仍以石墨板為主，金屬板或后來居上。

氫燃料電池方面，2020年我國氫燃料電池雙極板市場規(guī)模達(dá) 3.1 億元，石墨板（包含碳塑復(fù)合板）和金屬板的市場占比分別為 65%和 35%，2021 年石墨雙極板與金屬雙極板趨于平分秋色。GGII 數(shù)據(jù)顯示，2021 年 H1 金屬雙極板出貨量在雙極板總出貨量的占比已達(dá) 45.0%（2020 年同期為 36.0%）。

釩液流電池方面，基本不考慮金屬板，即使是涂層處理后的金屬板，在酸性液體環(huán)境中也難以長期穩(wěn)定工作。石墨雙極板（機(jī)加工）不被看好，因?yàn)槠錂C(jī)加工過程復(fù)雜且成本高。釩液流電池主要采用碳塑復(fù)合板，因?yàn)槠錈崴芑蚰汗に囅鄬C(jī)加工簡單，但是混合高分子樹脂所帶來的電阻率增加仍是需要解決的問題。

2020 年石墨板仍為市場主流，占比達(dá) 65%

4、技術(shù)趨勢

細(xì)密化程度、流道深寬比更高，版型更小，能夠使單板能夠支撐的功率密度更高，每 kW所需板數(shù)下降，從而降低電堆集成的難度以及成本。目前 100kW 電堆一般需要 350-400 節(jié)單芯，而 Ballard 已經(jīng)實(shí)現(xiàn) 140kW 高功率電堆僅需 309 節(jié)，大幅減少雙極板數(shù)量，提升電堆功率密度。

主要廠商電堆產(chǎn)品功率密度已突破 4kW/L

5、國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在加速

據(jù) GGII 統(tǒng)計(jì)，2021 年期間，國內(nèi)主流雙極板企業(yè)出貨量增長顯著，金屬雙極板領(lǐng)域已出現(xiàn)單個企業(yè)單個客戶出貨達(dá)百萬片級別的現(xiàn)象；石墨板市場各家出貨也均有較大增長，表現(xiàn)明顯的是原萬片級出貨企業(yè)的出貨量級達(dá)到 10 萬片以上，頭部企業(yè)的出貨更是達(dá)到了 50 萬片/年以上。

國內(nèi)雙極板產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在加速

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