定置式蓄电池将成为可再生能源普及的关键。这类蓄电池对于存储多余的电力、在必要时输送给电网的供求调节来说不可或缺。 “氧化还原液流电池（redox flow battery）”就是这类蓄电池中的一种。它虽然是通过让特殊液体循环来存储和释放电力的所谓的“全液体”电池，但使用寿命长、不易燃，安全性也很高。该蓄电池适合光伏和风力等输出功率不稳定的可再生电源的储电，市场有望迅速扩大。在安装业绩和设备的大型化方面，中国和日本的2家企业领跑。

          

大连融科储能技术发展的全钒液流电池系统能存储80万千瓦时的电力（图由该公司提供）

  

      在中国大连，全球最大规模的储电设施正在推进建设。设在中国科学院大连化学物理研究所的蓄电池具有20万千瓦输出功率、80万千瓦时的容量。该设备由中国大型电池企业大连融科储能技术发展交付。2022年2月，其中一半率先投入运行，将存储附设的大规模光伏电站的多余电力。计划6月接入供电网，用于供求调节。其余一半也最早将在2022年内完成安装。

 

      在中国，“弃光”和“弃风”成为问题。这是因为随着迅速引进光伏和风力发电，因多余而被浪费的电力也日趋突出。中国政府计划扩充供电网，同时在2025年之前加快商用储电设备的安装。

 

      寿命长，安全性高

 

      大连市的储电设施使用了氧化还原液流电池。利用注液泵推动储液罐中存储的电解液不断循环，稀有金属钒的离子在交换电子的同时，实现充电或放电。这就是“全液体”型的电池。与使电极发生化学变化的锂离子电池等相比，老化较慢，寿命更长。逐步存储电力，能长时间放电。采用阻燃性的材料，即使实现大型化，安全性仍很高。储液罐的增建也很简单，容易增加容量。

   

 

      据称氧化还原液流电池适合存储发电量波动明显的可再生能源。原本由美国国家航空航天局（NASA）的研究人员于1974年发布原理，日本住友电气工业2001年在世界上首次实现实用化。但市场迟迟未能形成，该公司一度冻结了相关业务。

 

 

      到了2010年代，在电力供求调节领域开始普及，最近数年因去碳化的趋势而迅速发展。增长势头有望进一步增强。据日本调查公司Global Information（川崎市）统计，经由电解液实现充放电的液流电池的全球市场将从2021年的2亿1400万美元增至2026年的4亿8900万美元。英国IDTechEx（位于剑桥）认为，将更加迅速地增长，预测称将增至数十亿美元，面向储电的电池到2031年前后或将在装机容量上超过锂离子电池。

  

 

      日本特许厅（专利厅）的“需求即刻满足型技术动向调查报告书（化学领域）”显示，从2003年至2017年申请的专利数来看，住友电工高居首位，大连化物研究所排在第2位，大连融科居第5位。大连化物研究所在论文篇数上也排在第2位。

 

设在北海道电力的南早来变电所（北海道安平町）的氧化还原液流电池的电解液储液罐（图由住友电工提供）

       

      中日的2个集团在商业引进和大型化方面展开竞争。住友电工2015年向北海道电力交付了容量为6万千瓦时、属于当时世界最大的氧化还原液流电池。2020年获得5万1000千瓦时的设备订单，将于2022年4月投入运行。目前正在日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）和美国加利福尼亚州圣地亚哥推进验证，以确认效果。另外，大连化物研究所和大连融科也一直在展开合作的同时推进研发和验证。

      

      一方面，加拿大VRBEnergy（温哥华）、美国洛克希德·马丁能源（Lockheed Martin Energy）和美国初创企业UniEnergy Technologies（华盛顿州）等正在追赶。UniEnergy Technologies由在论文篇数上居第5位的美国太平洋西北国家实验室的研究人员成立。

 

      乌克兰局势造成影响

     

      氧化还原液流电池也面临巨大课题。那就是钒的价格容易剧烈波动。除了依赖从中国、南非和俄罗斯进口之外，还容易受到作为主要用途的面向钢材的需求影响。据Global Information统计，成为原材料的氧化钒2018年11月涨至每镑约34美元，随后到2020年1月降至6美元。目前，受乌克兰局势等的影响而再次上涨。

  

   

     “即使钒价走高，持续使用20年之际的成本一般也低于其他电池”，住友电工的古金谷正伸部长表示。以不受行情左右的稳定价格供货，更容易拓展业务。该公司正在开发采用钛和锰的电池。

    

作为住友电工与NEDO的验证项目、在美国加利福尼亚州设置的氧化还原液流电池（图由住友电工提供）

  

      正极利用锰离子，负极利用钛离子来交换电子。此前在进行充放电的过程中，存在性能下降的问题，但通过避免混入电解液等措施成功解决。目前正在持续开展运行试验，计划到2023年实现产品化。具备与采用钒的类型相同的性能，力争成本降低一半。

 

  

      另外，美国ESS（俄勒冈州）开发了采用更为低廉的氯化铁的电池。通过电解液中的铁离子交换电子，实现充放电。据称采用了廉价、容易获取的材料，成本方面的竞争力很高。2021年9月，签署了向日本软银集团子公司、在美国涉足可再生能源业务的美国SB能源供货的合同。该公司正在加利福尼亚州和得克萨斯州等美国各地进行推广，预计累计容量到2026年达到200万千瓦时。

 

      氧化还原液流电池需要巨大的安装场所，同时，最新型在成本竞争力上具有优势的可能性很高。如果向设在广阔土地上的设施供货的体制得以完善，或将推动可再生能源的普及。

 

       本文作者为日本经济新闻（中文版：日经中文网）编辑委员 青木慎一

版权声明：日本经济新闻社版权所有，未经授权不得转载或部分复制，违者必究。