“全球首创”重大突破…数十年使用性能不减、还不易起火的“钒离子电池”问世[挖掘能源]
专家特别报道
全球首款钒离子电池（VIB）诞生
走进Standard Energy开发现场
上月16日，在大田儒城的Standard Energy总部。走进代表理事办公室，一侧摆放的一个巨大的长方体黑色箱子格外显眼。让人联想到客厅电视机柜的箱子上，放着该公司制作的普通形态的能源存储装置（ESS）模型。
如果没有该公司代表理事Kim Bugi的说明——“下面的黑色箱子其实也是ESS”，几乎完全察觉不到它的真实身份。Kim代表表示：“特意做成电视机柜的样子”，“ESS今后也会像家电一样走进家庭”，语气十分笃定。
尽管以电动汽车为中心的二次电池已经广泛普及，但仍有许多消费者对火灾心存不安。使用电池的ESS也时不时发生火灾事故。然而，有一家公司却提出要把ESS放进各类建筑和家庭中，这就是开发钒离子电池（VIB）的Standard Energy。将VIB ESS做成瓷砖形态的“能源瓷砖”，在今年1月于美国拉斯维加斯举行的全球最大电子·信息技术展览会“CES 2025”上获得了创新奖。
Kim代表当日接受记者采访时表示：“已经确认VIB的需求十分充足”，“计划在3月前建成量产产线，经过爬坡（提升产量）后，从今年6月起正式量产产品。”
“易于获取的材料”钒
VIB最大的特点是使用水作为电解质，因此在防火方面十分安全。正极和负极分别采用不同种类的钒化合物。充放电时，钒离子与水发生化学反应，此时阳离子通过隔膜移动，实现充电和放电。
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VIB的原型是钒氧化还原液流电池（VRFB）。但在结构上，VIB与VRFB完全不同。VRFB将钒电解液储存在单独的储罐中，再利用泵进行循环；相反，VIB采用微流控（Microfluidics）技术，因此不需要泵。VRFB由于需要储罐和泵，只能做成大型系统，而VIB则可以小型化。
Kim代表在创立Standard Energy初期曾开发VRFB，但在4年后终止了这一方向。“VRFB需要为驱动泵配备用电，从一开始在能效方面就存在先天性限制。于是经过反复思考，转向了VIB的开发。”
Kim代表在2013年年仅28岁、担任KAIST（韩国科学技术院）研究助理教授期间创立了Standard Energy，当时上任仅6个月。
“我见过很多好技术最终只停留在论文发表阶段。我希望能让更多人享受到我所开发技术的成果。”
Kim代表之所以关注钒，是因为它是一种“易于获取的材料”。虽然对普通人来说比较陌生，但钒是钢铁产业中不可或缺的矿物。只需在钢铁中加入少量钒就能提高强度，因此被广泛应用于各个工业领域。钒还具有调节胆固醇生成的效果，也被制成营养补充剂服用。
Kim代表强调：“好的技术必须能够让很多人使用，而这就要求材料容易获得。同样的原因，我们也不用稀土。”据介绍，用于钒离子电池的材料，过去很少用于电池，但都属于容易获取的类型。即便中国将矿物资源武器化，也能较为自由地应对。
体积较大但高功率输出，是ESS的最佳选择
VRFB是一项拥有约30年历史的技术，而VIB则由Standard Energy率先在全球成功开发。Standard Energy围绕这一技术持有约250项核心专利，并通过引进专业专利人才等方式着力加强专利保护。
VIB具有效率高、寿命长、防火安全性高和输出功率强四大优势。根据Standard Energy的数据，VRFB的能量效率在80%区间，而VIB的能量效率则超过90%。此外，即便使用15年以上，性能也能保持稳定。据称在实验室中已对其进行了超过10万次的充放电测试。
由于VIB使用水作为电解质，因此在防火方面十分安全。根据该公司公开的视频，即使用电钻贯穿VIB也不会起火。与锂离子电池相比，VIB还具备更高的输出功率。以表征电池充放电能力的C倍率（C-Rate）为基准，VIB可实现5C（以电芯为基准，每小时可进行5次充电或放电）的性能。
相应地，由于VIB体积较大，其能量密度低于锂离子电池，这也是难以将VIB用于电动汽车的原因。
VIB最适合的应用场景是ESS。因为VIB在防火方面安全、效率高且寿命长。虽然能量密度偏低是其弱点，但Kim代表表示，可以通过高功率输出充分弥补。
Kim代表强调：“与锂离子电池相比，VIB的输出功率高出4倍，即便容量较小也能展现出优异性能，从而在经济性方面也非常出色。”例如，如果为了将1千瓦的峰值功率削减下来，需要容量为2千瓦时的锂离子电池，那么只需容量为0.5千瓦时的VIB就足够。对客户而言，采用VIB可以以更低的成本获得与锂离子电池相同的效果，而防火安全性则是基本前提。
“不是替代锂离子电池，而是相互补充”
Kim代表并不认为VIB会在ESS市场上取代锂离子电池，而是认为二者服务的市场不同。
“我们对外发布的商业计划书题目是‘天下两分之计’。意思是由锂离子电池和VIB共同、互补地构成ESS市场。”
锂离子电池适用于长时间储存电力的用途，而VIB则最适合需要高功率输出的应用场景。在ESS市场的初期，只需要简单的储能功能，而如今随着市场细分，对高功率ESS的需求正在增加。
典型场景包括建筑工地、数据中心、电动汽车充电等。在家庭领域，随着冷暖空调、厨房设备等不断电气化，对高功率ESS的需求也在增加。Standard Energy近期推出的瓷砖形态ESS“能源瓷砖”，正是瞄准这一需求而开发的产品。
Standard Energy目前在试验线生产VIB，并向部分客户供货。今年计划包括日本在内的海外市场在内，共在12个现场安装VIB ESS。
为扩大VIB产量，公司正在紧锣密鼓地筹备量产产线，即所谓的“V-line”。由于VIB是全球首创，量产设备也由公司自行设计。包括Kim代表在内的多位创始成员都在KAIST主修机械工程，因此具备这一能力。量产设备设计为无需人工干预的全自动化系统。Kim代表表示：“目前设备制造企业正在进行组装收尾工作”，“在试运行阶段，良品率已达到95%。”在量产线全面建成后，预计产能将比现在提高9倍。
Standard Energy也在配合产品量产推进融资。Kim代表表示：“我们不仅在进行资金筹措，也在与能够共同开展业务的主要投资者进行协商。”乐天化学在2022年向该公司投资了650亿韩元，持股15%。
“已进行超过14万次充放电测试……ESS无需冷却装置”
当天参观Standard Energy总部内的研究开发（R&D）中心时，在一间类似大型服务器机房的房间里，正在对钒离子电池进行充放电测试。Standard Energy首席开发官（CTO）Lee Dongyoung在此表示：“我们正在针对约1000个钒离子电池，在不同条件下进行充放电测试。”
查看其中测试时间最长的一块电池时，显示其已经进行了14万5131次充放电。Lee Dongyoung CTO表示：“即便充放电超过14万次，仍能保持90%以上的效率。”这意味着，如果假设每天充放电2次，理论上可使用200年而性能依旧。由于钒离子电池在化学上极为稳定，从理论上讲几乎可以无限次使用。不过，Standard Energy出于保守考虑，将钒离子电池的寿命定为15至20年。钒离子电池可在零下20℃至50℃范围内正常工作。
记者还参观了距离Standard Energy总部车程约5分钟的钒离子电池试验产线。走进试验线的一层，只见自动堆叠钒离子电池电芯的堆叠设备在不停运转。在二层组装完成的钒离子电池电芯，会在一层以每50个为一组，通过汇流排（bus bar）连接并进行封装。二层禁止外部人员进入。
半成品形态的钒离子电池模组在经过检验流程后，会被运送至紧邻的建筑，制作成ESS。Standard Energy制造部门部长Yang Wonjun表示：“我们连电池管理系统（BMS）都自行开发，用于ESS的制造。”
利用钒离子电池的ESS，其结构远比传统锂离子电池ESS简单，外观也非常紧凑。Yang Wonjun部长解释说：“锂离子电池ESS为了防止热失控等问题，必须配备各种安全装置和冷却系统，而钒离子电池则无此必要，因此可以大幅简化结构。”
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