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从美国走入中国,锌铁液流电池能否迎来新生?

来源:碳索储能网   发布时间:2024-01-22 00:42:32

纵观海内外液流电池储能的发展史,不难发现,美国的长时储能市场虽起步很早,但发展至今,却并不尽如人意。

  而近两年来,在中国,液流电池技术的商业化正在高速发展,其中,源自美国的一些技术如锌铁液流电池在中国正在迎来新生。

1.先驱者的失败

  最早开发锌铁液流电池的公司名为ViZn Energy Systems,成立于2009年。

  2016年,ViZn赢得了一份为美国能源部的项目提供128kW/320kWh系统的合同。根据与爱达荷国家实验室(INL)签订的协议,ViZn的锌铁氧化还原液流电池将作为微电网示范项目的一部分进行安装,该项目于2016年第二季度投入运行。

  彼时,ViZn声称锌铁氧化还原液流电池是“市场上唯一具有无毒、不易燃、不易爆炸的碱性化学物质的液流电池。”

  同年,ViZn与Alpha Energy建立战略合作伙伴关系,为大型用户侧、电网边缘和公用事业规模的用户侧应用提供交钥匙储能解决方案。

  Alpha Energy业务开发总监Tom Bowker曾评价ViZn:“ViZn Energy设计了一种用途非常广泛的液流电池,能够执行高功率和长持续时间的应用,他们独特、强大的系统可以从不到100kW扩展到超过100MW,其20年的预期寿命将提供具有竞争力的投资回报率,使其非常适合将储能与太阳能、风能或两者结合起来的可再生能源项目。由于我们战略性地专注于储能市场的EPC,拥有像ViZn Energy这样的合作伙伴对我们来说非常有价值。”

  业务的接踵而至,合作方的不吝期许,使得彼时的ViZn一度雄心勃勃,一心成为全球最大的液流电池生产商。

  2016年,ViZn与EPC公司JABIL建立合作伙伴关系,瞄准非洲市场。将提供其电池系统作为柴油发电机的替代品,重点关注微电网、农业和远程采矿应用。

  不过,据海外业内人士爆料,该项目后来由于ViZn提供的产品的析氢问题导致了电解液罐和集装箱变形事件,致使工程承包方JABIL不愿意支付工程尾款,从而导致债务危机。

  2017年,ViZn与Raychem公司合作为印度主要网络运营商和印度公用事业电网公司有限公司(PGCIL)提供1MWh锌铁液流电池系统。

  由于ViZn公司代表的锌基路线有诸多不可克服的技术本征问题,例如ViZn公司研究的锌铁电池虽然去除了气态相变,却无法解决锌从0价到2价的相变,这就不可避免的会出现锌沉积问题,导致锌铁电池容量衰减特别快。故而ViZn在海外的落地只是局限于实验室与户用场景,没有可靠的公开资料证明其曾经完整地落地到电网上。

  除了一个在爱达荷国家实验室运行的试点系统,一个在尼加拉瓜的一个度假村微电网运行的商业系统,ViZn的实际运营案例非常少。

  2018年3月,ViZn在最新一轮融资中遭遇主要投资者撤资,在巨大的压力下,ViZn选择“断臂求生”,解雇70人的项目团队,黯然关闭了工厂。

  而几乎在同一时段,由于美国的液流电池行业依托于光伏市场,几乎所有的光伏企业都向各类液流电池公司下了大量储能订单,伴随着中国光伏厂商异军突起,对美国光伏本土厂商造成严重打击,大量光伏的企业倒闭,对液流电池造成了极大的冲击,大量液流电池企业跟着光伏企业一起陷入了资金链短缺、接连倒闭的局面。

  不过在三个月后,ViZn收到了新一轮1500万美元融资,又重新开始运营。

  但其首席执行官John Lowell意识到ViZn的液流电池需要与规模更大、资本更充足的合作伙伴开展合作,在美国前景不大,于是退出了电池开发,开始寻求技术供应和授权。

2.与纬景的合作

  2013年,纬景储能的创始团队便已经开始在全球范围内寻找新能源储能的解决方案,排除了在国内更为人熟知的全钒和铁铬路线,他们最终选定锌铁液流电池。

  在他们看来,锌铁原料供给大、价格低,更具竞争力。2018年,纬景储能成立,并在2019年1月引进了ViZn授权的锌铁液流储能技术。

  根据协议,ViZn公司将技术授权给纬景储能科技有限公司。与ViZn合作的公司还包括:江苏华盛电气股份有限公司、上海智炼机电工程技术有限公司和江西乐莱建设工程有限公司等。

  2020年,纬景储能收购了ViZn的多数股权。

  以此技术为基础,纬景储能联合中国电建集团江西省电力建设有限公司,于2019年6月共同开发建设余干祥晖20MW扶贫光伏发电项目配套的200kW/600kWh锌铁液流储能系统示范项目,该项目在2021年10月成功并网。

  纬景储能的海外网站主页如是写道:“ViZn公司花了十多年时间将其产品化、并获得了国际权威工程公司Black&Veatch的认证。该技术的引进,将助力国内新能源、微电网、能源互联网的腾飞,开启全新储能时代。纬景作为ViZn公司最大的Interest Holder及其锌铁液流技术在中国市场、中国公司在海外投资、总承包项目的独家使用、制造和销售被许可方,与ViZn公司在技术、生产、销售等方面开展全面合作。”

  ViZn公司首席执行官约翰·洛厄尔曾表示:“中国市场的主要应用是可再生能源整合。政府已经建设了大量可再生能源,但现在面临着很高的弃电率。”

  ViZn宣传其技术的基础是其锌铁化学活性材料的成本较低。两种类型的流动系统之间的工厂成本平衡相似,但洛厄尔声称他的电解质的每千瓦时成本是钒电解质的十分之一。

  2022年9月21日,纬景宣布已完成过去6个月的多轮融资,筹集总额超过4亿元人民币(5,650万美元)。投资方包括高榕资本、松禾资本、群青聚能、大树长青、真格基金等创投机构。

  这笔资金将用于将ViZn最初开发的锌铁液流电池储能系统技术商业化——开发锌铁液流电池和建设超级工厂,目标是到2023年底产能超过10亿瓦。

3.不可忽略的问题

  目前,锌铁液流电池还属于“小众”储能电池技术路线,国内仅有包括纬景储能在内的个别企业布局。

  液流电池在长循环过程中,电解液中的反应物离子更容易扩散至电极表面的凸起处,形成不规则的锌枝晶,最终刺穿隔膜,导致电池短路。因此,解决锌枝晶问题,一直是锌铁液流电池产业化应用的关键。但ViZn经过多年的发展,也并没有真正解决这个问题。

  2023年10月,在纬景储能主办的“碳索日”上,纬景储能称,其新产品“有着100kW的电池功率、400kWh的电池容量,电池寿命可达25年,循环次数大于30000次。”同期,纬景储能的珠海“超G工厂”建成投产,年产能超6GWh。

  让业内疑惑的是:在接受技术授权后,纬景储能是否解决了锌基电池的本征问题、电池实际运行效果如何,又是如何在短短五年内,将充放电循环次数提高了十倍?

  据公开信息,纬景储能的创始团队大都来自芯片领域、数字化领域和能源领域,汇集了一批来自全球的科学家、电化学专家、电力系统专家、机械工程专家、以及来自智能制造业等相关领域的行业精英。

  据纬景储能披露,其创始团队率先突破电化学还原反应的关键问题(抑制锌枝晶)并取得专利,进一步降低锌铁液流电池技术成本。相比于锂电池约5~6毛钱和全钒液流电池约3~4毛钱的度电成本(充放一度电的单位成本),纬景能把锌铁液流电池的度电成本压缩在2毛以内。

  纬景储能联合创始人、董事长葛群在接受媒体采访时更是明确表示:“目前,我们已经彻底解决了锌枝晶的形成和生长问题,实现锌铁液流电池长效循环运行。”

  但多位业内人士依然认为,锌铁电池无法实现容量和功率的解耦。锌在充电的氧化还原过程中,会沉积一层Zn金属单质,而沉淀表面积有限,沉淀过厚就无法继续反应了,充电的量取决于Zn能沉积的表面积大小。因此,锌铁电池难以实现长时储能。

  显然,锌铁液流电池还需要商业化项目的实际运行检验,才能回答市场上的一些质疑。

  除了纬景储能,国内市场中也有部分其他企业和团队在研发锌铁液流电池技术,如重庆信合启越同长沙理工大学研发团队进行了锌铁液流电池的产业化工作,并设计出了相应样机,推进了相关器件的国产化;大连化物所与金尚新能源合作进行自主研发10 KW级碱性锌铁液流电池储能示范系统,于2020年在金尚新能源区内投入运行。

  但整体来看,锌铁液流电池技术的先行者ViZn历时多年发展仍成绩寥寥,直到今天全球范围内都还没有成功的大型商业化项目实践案例佐证,玩家屈指可数,锌铁液流电池技术的商业化前景依然不够清晰,其未来究竟能走到哪里?还需要时间观察。

新闻介绍:

纵观海内外液流电池储能的发展史,不难发现,美国的长时储能市场虽起步很早,但发展至今,却并不尽如人意。  而近两年来,在中国,液流电池技术的商业化正在高速发展,其中,源自

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