定置式蓄電池將成為可再生能源普及的關鍵。這類蓄電池對於存儲多餘的電力、在必要時輸送給電網的供求調節來説不可或缺。 「氧化還原液流電池（redox flow battery）」就是這類蓄電池中的一種。它雖然是通過讓特殊液體迴圈來存儲和釋放電力的所謂的「全液體」電池，但使用壽命長、不易燃，安全性也很高。該蓄電池適合光伏和風力等輸出功率不穩定的可再生電源的儲電，市場有望迅速擴大。在安裝業績和設備的大型化方面，中國和日本的2家企業領跑。

          

大連融科儲能技術發展的全釩液流電池系統能存儲80萬千瓦時的電力（圖由該公司提供）

  

      在中國大連，全球最大規模的儲電設施正在推進建設。設在中國科學院大連化學物理研究所的蓄電池具有20萬千瓦輸出功率、80萬千瓦時的容量。該設備由中國大型電池企業大連融科儲能技術發展交付。2022年2月，其中一半率先投入運作，將存儲附設的大規模光伏電站的多餘電力。計劃6月接入供電網，用於供求調節。其餘一半也最早將在2022年內完成安裝。

 

      在中國，「棄光」和「棄風」成為問題。這是因為隨著迅速引進光伏和風力發電，因多餘而被浪費的電力也日趨突出。中國政府計劃擴充供電網，同時在2025年之前加快商用儲電設備的安裝。

 

      壽命長，安全性高

 

      大連市的儲電設施使用了氧化還原液流電池。利用注液泵推動儲液罐中存儲的電解液不斷迴圈，稀有金屬釩的離子在交換電子的同時，實現充電或放電。這就是「全液體」型的電池。與使電極發生化學變化的鋰離子電池等相比，老化較慢，壽命更長。逐步存儲電力，能長時間放電。採用阻燃性的材料，即使實現大型化，安全性仍很高。儲液罐的增建也很簡單，容易增加容量。

   

 

      據稱氧化還原液流電池適合存儲發電量波動明顯的可再生能源。原本由美國國家航空航太局（NASA）的研究人員於1974年發佈原理，日本住友電氣工業2001年在世界上首次實現實用化。但市場遲遲未能形成，該公司一度凍結了相關業務。

 

 

      到了2010年代，在電力供求調節領域開始普及，最近數年因去碳化的趨勢而迅速發展。增長勢頭有望進一步增強。據日本調查公司Global Information（川崎市）統計，經由電解液實現充放電的液流電池的全球市場將從2021年的2億1400萬美元增至2026年的4億8900萬美元。英國IDTechEx（位於康橋）認為，將更加迅速地增長，預測稱將增至數十億美元，面向儲電的電池到2031年前後或將在裝機容量上超過鋰離子電池。

  

 

      日本特許廳（專利廳）的「需求即刻滿足型技術動向調查報告書（化學領域）」顯示，從2003年至2017年申請的專利數來看，住友電工高居首位，大連化物研究所排在第2位，大連融科居第5位。大連化物研究所在論文篇數上也排在第2位。

 

設在北海道電力的南早來變電所（北海道安平町）的氧化還原液流電池的電解液儲液罐（圖由住友電工提供）

       

      中日的2個集團在商業引進和大型化方面展開競爭。住友電工2015年向北海道電力交付了容量為6萬千瓦時、屬於當時世界最大的氧化還原液流電池。2020年獲得5萬1000千瓦時的設備訂單，將於2022年4月投入運作。目前正在日本新能源産業技術綜合開發機構（NEDO）和美國加利福尼亞州聖地亞哥推進驗證，以確認效果。另外，大連化物研究所和大連融科也一直在展開合作的同時推進研發和驗證。

      

      一方面，加拿大VRBEnergy（溫哥華）、美國洛克希德·馬丁能源（Lockheed Martin Energy）和美國初創企業UniEnergy Technologies（華盛頓州）等正在追趕。UniEnergy Technologies由在論文篇數上居第5位的美國太平洋西北國家實驗室的研究人員成立。

 

      烏克蘭局勢造成影響

     

      氧化還原液流電池也面臨巨大課題。那就是釩的價格容易劇烈波動。除了依賴從中國、南非和俄羅斯進口之外，還容易受到作為主要用途的面向鋼材的需求影響。據Global Information統計，成為原材料的氧化釩2018年11月漲至每鎊約34美元，隨後到2020年1月降至6美元。目前，受烏克蘭局勢等的影響而再次上漲。

  

   

     「即使釩價走高，持續使用20年之際的成本一般也低於其他電池」，住友電工的古金谷正伸部長表示。以不受行情左右的穩定價格供貨，更容易拓展業務。該公司正在開發採用鈦和錳的電池。

    

作為住友電工與NEDO的驗證項目、在美國加利福尼亞州設置的氧化還原液流電池（圖由住友電工提供）

  

      正極利用錳離子，負極利用鈦離子來交換電子。此前在進行充放電的過程中，存在性能下降的問題，但通過避免混入電解液等措施成功解決。目前正在持續開展運作試驗，計劃到2023年實現産品化。具備與採用釩的類型相同的性能，力爭成本降低一半。

 

  

      另外，美國ESS（俄勒岡州）開發了採用更為低廉的氯化鐵的電池。通過電解液中的鐵離子交換電子，實現充放電。據稱採用了廉價、容易獲取的材料，成本方面的競爭力很高。2021年9月，簽署了向日本軟銀集團子公司、在美國涉足可再生能源業務的美國SB能源供貨的合同。該公司正在加利福尼亞州和德克薩斯州等美國各地進行推廣，預計累計容量到2026年達到200萬千瓦時。

 

      氧化還原液流電池需要巨大的安裝場所，同時，最新型在成本競爭力上具有優勢的可能性很高。如果向設在廣闊土地上的設施供貨的體制得以完善，或將推動可再生能源的普及。

 

       本文作者為日本經濟新聞（中文版：日經中文網）編輯委員 青木慎一

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