储能技术路线选择：钒氢求同（以双极板为例）

液流电池具备两大核心优势：1）安全：从根本上避免爆燃，2）耐用：活性物质衰减缓慢，工作寿命长达 15-20 年，加之储能系统一般是静态设施，对重量、体积的要求不高，能量密度并非关键指标，使得其尤其适合作为大规模储能系统。

安全和耐用是液流电池的核心优势

全钒液流电池技术已成熟、综合性能好，是目前所有液流电池技术中最成熟、最可能实现大规模商业化的。其除液流电池的普遍优点外，还有三项优势：1）环境友好：全封闭运行，几乎零排放；2）残值较高：电解液钒元素不发生损耗，残值约 70%；3）回收方便：电解液只含单一过渡金属，容易提取。虽然钒电体积相对锂电更大，但是户用储能钒电产品体积仍有一定竞争性，叠加其安全、高生命周期性价比两大优势，除大规模储能系统外，小型化全钒液流电池同样能与家用光伏配套使用。

全钒液流电池与氢燃料电池结构与原理类似，电堆是系统的核心部件，是发生电化学反应和产生电能的场所，电解液或氢气储存在外部储罐中。

全钒液流电池和氢燃料电池原理类似

鉴于单个电池单元输出功率较小，实践中通常通过将多个单元以串联方式层叠组合构成电堆来提高整体输出功率。以氢燃料电池为例，电堆是由双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆拴牢，构成的复合组件。

全钒液流电池和氢燃料电池单芯结构及组合方式类似

从成本构成看，电堆是电池系统的价值量核心，国内电堆在核心材料缺乏与关键技术方面存在短板。钒氢共用材料中，目前石墨双极板基本实现国产化，质子交换膜、气体扩散层仍主要依赖进口。

电堆的降本之路：据 GGII 统计，电堆近年的降价幅度约为每年30%。与此同时，氢燃料电池系统的平均降价幅度约为每年 15%。2021 年，批量采购的电堆价格已降至 2000 元/kW 以下，这也使得燃料电池系统价格低于 5000 元/kW 成为可能。

重塑燃料电池系统销售情况与成本（kW、万元/套、万元/kW、套）

亿华通燃料电池系统销售情况与成本（kW、万元/套、万元/kW、套）

钒氢尚处产业化初期，共用组件更具高确定性未来

1、气体扩散层（GDL）

位于气体流场层和催化层之间，主要由碳纸/碳布经疏水处理和微孔层涂覆形成。气体扩散层的质量主要取决于碳纸基材，而基材的质量则取决于上游碳纤维。碳纸的制备中，体现技术难度的主要在打浆环节，该环节需要控制打浆度以确保碳纤维的切断的长度适中，粘合剂、分散剂等溶液的材料选择与配比均会影响碳纸的性能。竞争格局方面，龙头包括日本 Toray、德国SGL以及美国 AvCarb等，其中Toray、SGL 均布局碳纤维全产业链。

2、质子交换膜（PEM）

目前主流技术是全氟磺酸质子交换膜。PEM 逐渐趋于薄型化，由几十微米降低到十几微米，降低质子传递的欧姆极化，以达到更高的性能。竞争格局方面，美国的科慕和戈尔领先市场，后者产品系列最为丰富、产品实际应用案例最多，是车用燃料电池市场的主导者 。国内研制能力强、已有规模化生产能力的主要是东岳未来，其以完整的含氟精细化工产业链为特点。

东岳产业链一体化

3、双极板（BP）

依材质可分为石墨双极板、金属双极板和复合双极板。氢燃料电池目前主要采用石墨板或金属板，钒液流电池倾向复合板。国产化进程方面，石墨板基本已实现国产化，金属板已有部分企业实现量产，复合板尚处研发阶段。

各类型双极板比较

石墨板适应需求趋于薄型化，乘用车为金属板带来机遇。

1、石墨板

由于其高耐腐蚀性、高耐久性，以及相对较低的技术壁垒，率先实现国产化，在对体积较不敏感而对耐久性敏感的特种车、商用车领域示范应用。然而，石墨双极板的制作周期长、机械性能差、加工难度大、制作成本高等劣势也不可忽视。市场已有越来越多的企业成功开发出超薄超精细石墨双极板，提前突破了国家制定 2025 年前单组石墨双极板厚度 1.5mm 的要求，功率密度开始接近丰田第一代金属双极板的水平。

2、金属板

抗腐蚀性差，寿命过短是其应用的阻碍，然而随着涂层工艺的持续进步与突破，其有望实现和石墨板相同的使用寿命。丰田汽车公司率先在旗下Mirai 燃料电池汽车上使用金属双极板和涂层，解决了腐蚀、成本和导电等一系列问题。凭借其机械性能优异、高体积功率密度、成本低廉且易批量生产等优势，金属双极板将在乘用车规模化应用的进程中实现突破。

石墨板最小厚度（1.3mm）正向金属板（1.1mm）靠近

3、市场格局

仍以石墨板为主，金属板或后来居上。

氢燃料电池方面，2020年我国氢燃料电池双极板市场规模达 3.1 亿元，石墨板（包含碳塑复合板）和金属板的市场占比分别为 65%和 35%，2021 年石墨双极板与金属双极板趋于平分秋色。GGII 数据显示，2021 年 H1 金属双极板出货量在双极板总出货量的占比已达 45.0%（2020 年同期为 36.0%）。

钒液流电池方面，基本不考虑金属板，即使是涂层处理后的金属板，在酸性液体环境中也难以长期稳定工作。石墨双极板（机加工）不被看好，因为其机加工过程复杂且成本高。钒液流电池主要采用碳塑复合板，因为其热塑或模压工艺相对机加工简单，但是混合高分子树脂所带来的电阻率增加仍是需要解决的问题。

2020 年石墨板仍为市场主流，占比达 65%

4、技术趋势

细密化程度、流道深宽比更高，版型更小，能够使单板能够支撑的功率密度更高，每 kW所需板数下降，从而降低电堆集成的难度以及成本。目前 100kW 电堆一般需要 350-400 节单芯，而 Ballard 已经实现 140kW 高功率电堆仅需 309 节，大幅减少双极板数量，提升电堆功率密度。

主要厂商电堆产品功率密度已突破 4kW/L

5、国内产业化进程正在加速

据 GGII 统计，2021 年期间，国内主流双极板企业出货量增长显著，金属双极板领域已出现单个企业单个客户出货达百万片级别的现象；石墨板市场各家出货也均有较大增长，表现明显的是原万片级出货企业的出货量级达到 10 万片以上，头部企业的出货更是达到了 50 万片/年以上。

国内双极板产业化进程正在加速

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