1、電解液
根據理論計算，每1千瓦時（kWh）的電解液需要5.6千克的五氧化二釩V?O?，考慮到電解液利用率為70%，實際需要的V?O?約為8千克。因此，每1兆瓦時（MWh）的儲能系統需要8000千克（8噸）的V?O?，而每1千兆瓦時（GWh）則需要8000噸的V?O?。按照目前每噸V?O?的成本為10-11萬元計算，每1千瓦時的電解液成本約為1500元。據此反推，V?O?占電解液成本的比例大約在53.3%-58.7%之間。
釩是一種具有高熔點和高沸點的銀灰色金屬，具有無磁性和堅硬的特點。在自然界中，釩與各種礦物共生存在，主要來源包括釩鈦磁鐵礦、石煤、原油和瀝青等。釩鈦磁鐵礦是全球釩儲量的主要組成部分，約占總儲量的98%。全球每年發(fā)現的釩礦儲量一直在穩(wěn)步增長。根據美國地質調查局（USGS）的統計數據，截至2022年，全球可用的釩資源儲量超過6300萬噸（折算成金屬釩），其中已經確認符合采礦要求的資源約為2557萬噸。截至2022年底，可開采的釩資源分布及礦產量如下圖所示：
簡單總結一下就是中國占比大，基本上是自主可控的。
在中國，釩礦資源廣泛分布于19個省市（區(qū)），主要集中在四川攀枝花地區(qū)和河北承德地區(qū)。中國的釩礦主要有兩種形式，即釩鈦磁鐵礦和含釩石煤。其中，釩鈦磁鐵礦占總儲量的53%，含釩石煤占總儲量的47%。盡管儲量比例如此，但中國約80%的釩產量來自于釩鈦磁鐵礦資源。以下以釩鈦磁鐵礦為例，介紹一下從釩礦中提取釩的工藝。參考智研咨詢提供的資料，進行如下描述：
截至2021年，全球釩生產企業(yè)的總產能為28.3萬噸/年（折合五氧化二釩）。其中，瑞士的嘉能可公司、巴西的Largo資源公司以及南非的布什維爾德礦業(yè)公司采用釩鈦磁鐵礦的直接提釩工藝。而國內的鞍鋼、河鋼等企業(yè)以及俄羅斯的Evraz等海外企業(yè)采用釩鈦磁鐵礦釩渣提釩工藝，這種工藝下，釩渣實際上是煉鋼的副產品。根據這種工藝，釩渣可以用于提取釩。
下面分析五氧化二釩的供需情況，首先看看供應方面:
根據釩鈦股份年報，2022年全球釩產量（以V?O?計）22.4萬噸左右，較 2021年增長約5%；國內產量約14.2萬噸，較2021年增長約2.9%。
綜合多方面信息，2022年國內外產能及產量數據大致如下：
國內釩產業(yè)產區(qū)分布見下圖：
上圖主要了解兩個地方就可以，一個是以四川攀枝花為中心的10萬噸產能區(qū)，一個是以河北承德為中心的4萬噸產能區(qū)，截至2022年底，國內V?O?的產能約為17萬噸，這兩個地方就占了14萬噸。
進口方面：我們已經在2017年底禁止包括釩渣在內的24種固體進口，所以釩原料方面進口主要就看五氧化二釩。從海關網站獲得V?O?進出口數據如下：
從上表可見，除2020年（受疫情影響）外，國內一直是五氧化二釩（V?O?）的凈出口國。
下表是目前已知V?O?的新增在建產能情況：
根據上面兩個例子算了下，萬噸產能的投資額大約8億，建設周期1-2年。
供給方面說到這里，有兩個要點，一是國內目前產能約17萬噸/年，考慮新增產能，到2025年時產能可達21.4萬噸/年；二是我國基本是V?O?的凈出口國。
下面看看V?O?的需求情況：
借用智研咨詢整理的釩產業(yè)鏈圖譜：
從上圖可以看出，釩主要是應用在鋼鐵、航空航天、儲能等領域，其中鋼鐵占比超過90%，具體消費結構如下圖：
結合上圖消費結構，本文重點分析影響較大的鋼鐵領域應用和新形勢下儲能行業(yè)的需求增量。
鋼鐵行業(yè)是釩產品的主要消費領域，占據了90%以上的釩消耗量，因此，釩市場周期與鋼鐵周期基本同步。近年來，隨著中國鋼鐵工業(yè)迅速發(fā)展和鋼鐵品種結構的調整，我國對釩的消耗總量也呈現結構性增長。就地區(qū)來看，中國已成為全球最大的釩消費國，但從單位噸鋼消耗的角度來看，我國鋼鐵產品中釩的應用水平相對較低，低于世界平均水平，與工業(yè)發(fā)達國家相比仍存在一定差距。
下表結合國內粗鋼產量，看看兩者的關系（下表粗鋼產量來自統計局數據，V?O?消耗量來自網絡，后者不一定準確，但作為相對比較應該差不多）：
從上表也能看出，隨著地產和建筑業(yè)下行，粗鋼產量受到明顯影響，在2020年達到頂點后，這兩年呈下降趨勢，每萬噸粗鋼大約對應約1.2噸V?O?。
根據國家規(guī)劃，到2025年，電化學儲能目標達到30GW，預計全釩液流儲能占比15%，即約為4.5GW。按照4小時儲能時長計算，相當于18GWh，對應的V?O?需求量約為14.4萬噸（18GWh*8000噸/GWh）。根據之前的分析，以2022年的消耗量12萬噸為基準，在存量消耗保持不變的情況下，預計2023-2025年每年新增消耗約5萬噸。目前的產能約為17萬噸，基本能滿足需求。然而，考慮到消耗量不可能按照年度平均增長，并且存在一定的生產周期和安全庫存需求，另外新增產能也需要1-2年才能投產，預計在2024-2025年可能出現V?O?供應短缺的情況。
上述估算基于電化學儲能的發(fā)展和全釩液流儲能的占比。根據2023年的情況和電網平衡性需求，預計這是一個大概率事件。而且，考慮到國內多數地區(qū)對儲能時長要求可能會進一步提高，全釩液流的占比也有望提高。此外，還未考慮國外的需求，這也是一個潛在的變量。因此，全釩液流儲能面臨著潛在的供應挑戰(zhàn)。
最后，綜合看看由此可能帶來的V?O?價格變化以及毛利預估：
V?O?目前價格不算便宜，下圖根據海關數據，以出口價格為例，統計了2015年到2023年4月份的出口價格：
可見和碳酸鋰一樣，V?O?也不便宜，在2018年也曾經達到45萬/噸的高位，目前主要在10-15萬/噸波動。
根據釩鈦股份2022年報中的產品銷量和收入數據計算，全年平均售價約為11.83萬/噸，毛利率為32.08%。如果按照12萬/噸的價格計算，預計15萬噸的銷量將帶來約180億的收入，毛利約為57億。然而，如果價格過高，如2018年的40萬/噸以上，將會對下游需求產生不利影響。在沒有其他技術進步的情況下，全釩液流電池可能會失去競爭力。因此，價格的過高可能對全釩液流電池產業(yè)帶來挑戰(zhàn)。
說完了V?O?，看看電解液自身，這部分技術含量需求還是很高的，其實電解液相當于電量容器，不管是濃度還是利用率，都有較大的提升空間，期待進一步的技術突破。
2、電池堆
電池堆的核心材料包括隔膜、電極、雙極板以及輔助材料如緊固件等。其中，隔膜在電池堆成本中所占比例超過50%。因此，本文主要分析隔膜，也被稱為質子交換膜。質子交換膜位于有機氟化工產業(yè)鏈的末端，其上游是有機氟化工的單體材料，下游則涵蓋了基于質子交換膜的氯堿工業(yè)、燃料電池、電解水、儲能電池等應用領域。這些應用領域構成了質子交換膜的下游市場。
在液流電池中，隔膜用于分隔單個電池內的正負極電解液。理想的隔膜材料應具備較高的離子選擇性、導電性、化學穩(wěn)定性和機械強度等特性。在液流電池行業(yè)剛起步時，全釩液流電池主要采用美國科慕公司生產的全氟磺酸離子交換膜（Nafion）。Nafion薄膜在電解液中具有良好的穩(wěn)定性，但成本較高，并存在釩離子滲透率較高等問題。
目前，國內一些企業(yè)已經取得了在液流電池中使用全氟磺酸膜的技術突破。這些產品在性能方面與進口產品相當，而價格僅為進口產品的三分之一。根據高工氫電的數據，截至2022年，國內市場上科慕的全氟磺酸樹脂膜仍是主要的應用產品，其出貨量占據了市場份額的77%。而國產的液流電池質子交換膜市場份額為23%。
近年來，由于氟化膜的價格較高，研發(fā)非氟化膜和多孔離子傳導膜的工作逐漸增多。中科院大連化物研發(fā)團隊致力于開發(fā)多孔離子傳導膜，并不斷進行技術迭代，已成功制備出具有較高離子選擇性和電解液容量保持率的多孔膜。中科院的徐銅文教授和楊正金教授團隊設計了一種新型離子膜，該膜具有貫通亞納米離子通道的微孔框架結構，能夠實現膜內近乎無摩擦的離子傳導。使用這種膜組裝的液流電池，電流密度可達到500mA/cm2。相關研究成果已在國際學術頂級期刊《Nature》上發(fā)表。非氟類質子交換膜的生產成本有望大幅降低，但其化學穩(wěn)定性仍需改進，離實現產業(yè)化還需要一定的時間?；谶@些進展，非氟化膜的應用前景非常有希望。
根據目前的實際情況，一個1MW的釩電池電堆大約需要830平方米的質子交換膜面積。根據之前提到的V?O?消耗量的估計，預計到2025年全球釩液流電池總裝機容量將達到4.5GW，因此對應的質子交換膜需求量約為373.5萬平方米。假設到2025年，國內質子交換膜的單價下降至2000元/平方米，則相應的市場規(guī)模約為75億。根據這些數據，可以預見質子交換膜市場在2025年將有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
