请务必阅读正文之后的免责条款部分[Table_MainInfo][Table_Title]2022.06.30源广流长，“铬”显神通——铁/铬液流电池储能技术产业向前迈进庞钧文(分析师)石岩(分析师)021-386747030755-23976068pangjunwen@gtjas.comshiyan019020@gtjas.com证书编号S0880517120001S0880519080001本报告导读：2022年1月，国家电投自主研发的铁/铬液流电池堆“容和一号”量产线投产，单条产线可年产5000台30kW级电堆，标志着铁/铬液流电池储能技术产业化向前迈进了一大步，为液流电池储能技术带来了新的增长点。摘要：[Table_Summary]投资建议：铁/铬液流电池产业目前处于导入期，其研发速度在过去一直都较为缓慢，甚至几乎停滞。此次国家电投的“容和一号”电堆量产线的投产标志着铁/铬液流电池技术产业化的一次重要迈进，也为液流电池储能技术带来了新的增长点。我们认为在铁/铬液流电池产业化的进程中，电池端和材料端的相关企业都将受益：1）电池端的电堆技术壁垒高，具有长期技术积累和资本优势的企业将保持竞争力，国内主要企业为国家电投集团，受益标的：电投能源；PCS环节推荐固德威；变频器环节推荐汇川技术。2）原材料端电解液和隔膜是决定铁/铬液流电池的性能的重要因素，其中隔膜的成本占比最高。电解液环节受益标的：振华股份；隔膜环节受益标的：东岳集团。媲美全钒，成本更低。铁/铬液流电池与全钒液流电池一样，都采用水系电解液，活性材料反应温和，无爆燃风险，具有原理层面的本征安全性，且循环寿命都在10000次以上。区别在于，铁/铬液流电池的工作物质是廉价的铁和铬，来源广、供给足，材料成本较全钒液流电池大大降低。同时，铁/铬液流电池的电解液为氯化盐，水溶温区也较全钒液流电池的硫酸盐更宽，在高低温环境下的工作性能更优。技术创新，解决痛点。铁/铬液流电池在过去产业化发展缓慢的原因在于负极可逆性差、析氢严重，不仅降低能量效率还带来了安全隐患。同时，过去的隔膜技术难以兼顾低互串率和高电导率，致使电池内阻大且容量衰减较快。国家电投集团科学技术研究院通过使用混合电解液，设置负极催化剂以及电解液再平衡系统，有效解决了以上问题，为铁/铬液流电池的实用化提供了重要保障。老树新枝，鲜有对手。由于铁/铬液流电池属于最早的液流电池方案，且关键技术问题长期得不到解决，因此国外在90年代后几乎放弃了对该技术的研发，国内研发进度也非常缓慢，关注度远不及全钒液流电池。得益于近年来铁/铬液流电池技术的发展，以及其巨大的成本优势，该技术再获关注，目前真正掌握核心技术的企业数量较少。风险提示。实际运行效果不及预期、产业链形成不及预期、其他新型储能技术的威胁等风险。[Table_Invest]评级：增持上次评级：增持[Table_subIndustry]细分行业评级[Table_DocReport]相关报告储能《首个国家级大型化学储能电站商用在即，全钒液流电池储能技术产业化有望加速》2022.06.282021.06.30感谢博士后徐程超对于本文的贡献行业更新股票研究证券研究报告[Table_industryInfo]储能行业更新请务必阅读正文之后的免责条款部分2of8目录1.技术特点：媲美全钒，成本更低..................................................32.发展历程：问世最早，几度兴衰..................................................52.1.国外情况：转化困难，研发停滞............................................52.2.国内情况：锲而不舍，后来居上............................................53.投资建议.....................................................................................64.风险提示.....................................................................................7行业更新请务必阅读正文之后的免责条款部分3of81.技术特点：媲美全钒，成本更低铁/铬液流电池的基本原理与全钒液流电池完全相同，都属于液流型氧化还原电池。顾名思义，铁/铬液流电池的正负极活性物质是铁化合物和铬化合物，工作电对为Fe2+/3+/Cr2+/3+，正极活性物质为FeCl2，负极活性物质为CrCl3，正负极间用质子传导膜进行隔离（避免正负极活性物质直接接触而发生自氧化还原反应），电解液基质为盐酸。电池在满充状态下放电时，正极活性物质发生还原反应：Fe3++e→Fe2+，标准电位+0.77V，负极活性物质发生氧化反应：Cr2+→Cr3++e，标准电位-0.41V，整体可合并为：Fe3++Cr2+→Fe2++Cr3+，即三价Fe3+离子对二价Cr2+离子的氧化及自身的还原过程，电子从负极出发，经外电路后到达正极，理论开路电压1.18V。充电储能的过程则与之相反。图1：铁/铬电对在石墨电极上的循环伏安曲线及全电池充放电曲线数据来源：电源技术铁/铬液流电池的装置结构与全钒液流电池完全相同，都是由独立储罐和电堆构成。电解液被分别储存在独立的储液罐中，利用循环泵使得电解液流入电池堆内进行反应。在机械驱动力作用下，液态活性物质在不同的储液罐与电池堆的闭合回路中循环流动，采用离子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应。系统通过双极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。图2：铁/铬液流电池的基本结构数据来源：储能科学与技术行业更新请务必阅读正文之后的免责条款部分4of8铁/铬液流电池具备全钒液流电池的大部分优势，能量密度略低，但成本优势更强。作为水系液流电池技术，铁/铬液流电池同样具有本征安全性、超长寿命、均一性好、容量大、功率-容量独立、响应速度快、选址灵活、资源丰富、环境友好等优势，因此也是一种具有前景的储能技术。与全钒液流电池相比，铁/铬液流电池的能量密度虽然更低，但是原材料使用廉价的铁和铬，来源广、供给足，成本可降低1/3~1/2（在其他硬件装置不变的情况下，电解液成本占比从全钒的50%降至铁铬的9%）。同时，铁/铬液流电池的电解液为氯化盐，由于氯离子与过渡金属离子的络合性较强，工作物质的水溶温区也较全钒液流电池的硫酸盐更宽，在高低温环境下的工作性能更优。图3：铁/铬液流电池的电解液成本仅占系统的9%数据来源：Ionics图4：铬的历史价格及其波动性远低于钒数据来源：Wind、国泰君安证券研究0.0010,000.0020,000.0030,000.0040,000.0050,000.0060,000.0070,000.00价格（美元/吨）时间2015年~2022年铬、钒价格走势铬价钒价行业更新请务必阅读正文之后的免责条款部分5of82.发展历程：问世最早，几度兴衰2.1.国外情况：转化困难，研发停滞铁/铬液流电池问世于冷战时期，是最早被发明的现代液流电池方案。1974年，NASA首次提出铁/铬液流电池，但由于该体系在当时面临难以克服的正负极电解液Fe-Cr离子互蹿的问题，NASA于80年代终止了该项目，并将相关技术转移给日本继续研究。1984年和1986年，日本住友电工成功造出10kW和60kW的铁/铬液流电池系统样机。90年代后，由于铁/铬液流电池的固有技术瓶颈难以解决，该领域很少再出现相关的研究报道，研究热点主要转向了全钒液流电池和锌/溴液流电池。2014年5月，美国Enervault公司继承了NASA的技术体系，并进行工程放大。在美国能源局ARRA储能示范项目（约476万美元）及加州能源委员会PIER项目（约47.6万美元）资助下，在加州特洛克建成并投运了250kW/1MWh的铁/铬液流电池系统，该系统作为150kWp光伏系统的配套装置，共同为一台260kW的大型灌溉泵供电。随后，该项目于2015年6月停运。图5：国外铁/铬液流电池的发展历程数据来源：储能科学与技术、国泰君安证券研究2.2.国内情况：锲而不舍，后来居上国内对铁/铬液流电池的研究始于20世纪90年代，早期以跟踪研究为主。其中，中科院长春应用化学研究所的江志韫团队对NASA在七八十年代的工作做了细致的综述研究，中科院大连化学物理研究所的衣宝廉院士团队于1992年曾经推出过270W的小型铁/铬液流电池电堆。然而，由于铁/铬液流电池技术中的关键问题——阴极析氢与电解液离子互混长期得不到解决，研究也一度止步，研究热点也转向了全钒液流电池，只有少数团队继续开展铁/铬液流电池研究，以中科院大连化物所和沈阳的金属所为代表。此后很长一段时间内，铁/铬液流电池一度被认为是已经淘汰的技术，直到国家电投集团再次将其拉回人们的视野，他们采用铁、铬离子混合溶液作为电解液，应对正负极铁铬离子互串问题；通过电极催化剂负载，应对负极在充电时的析氢问题；通过在电池中设计安装再平衡系统，有效解决了电池容量衰减问题，极大提高了铁-铬液流电池的实际使用寿命。2019年11月5日，中国国家电投公司所属的中央研究院和上海发电设备成套设计研究院联合项目团队研发的国内首个31.25kW铁/铬液流电池电堆“容和一号”成功下线，并通过了检漏测试。首批次共8台电堆，应用于张家口战石沟光伏电站250kW/1.5MWh铁-铬液流电池储能示范项目，并已于2020年12月投入试运行，成为国内首套百千瓦级铁/铬液流电池储能项目，也是当时全球最大功率的铁/铬行业更新请务必阅读正文之后的免责条款部分6of8液流电池电堆。2022年1月，“容和一号”量产线投产，单条产线可年产5000台“容和一号”电堆，标志着铁/铬液流电池储能技术产业化向前迈进了一大步，为液流电池储能技术带来了新的增长点。与此同时，国家电投还在内蒙古霍林河启动了全球首个兆瓦级铁/铬液流电池储能示范项目建设，预计将在2022年年底投产，届时将再度刷新全球铁/铬液流电池储能系统的最大实证容量纪录。图6：国家电投集团的“容和一号”铁-铬液流电池储能示范项目数据来源：国家电投集团官网3.投资建议铁/铬液流电池产业目前处于导入期，此次国家电投的“容和一号”电堆量产线的投产标志着铁/铬液流电池技术产业化的一次重要迈进，也为液流电池储能技术带来了新的增长点。2021年，我国新型储能累计装机规模达到5729.7MW，其中液流电池占比0.9%，规模约为51.57MW。在储能设施逐步投运后，安全性将是不得不面对的问题，具有本征安全性的液流电池将具有很大的竞争力，但由于钒供给量短期内难以大幅扩张，导致成本高企，制约了全钒液流电池的产业化速率，这间接为铁/铬液流电池的发展带来了机遇。我们认为在铁/铬液流电池产业化的进程中，电池端和材料端的相关企业都将受益：1）电池端的电堆技术壁垒高，具有长期技术积累和资本优势的企业将保持竞争力，国内主要企业为国家电投集团，受益标的：电投能源；PCS环节推荐固德威；变频器环节推荐汇川技术。2）原材料端电解液和隔膜是决定铁/铬液流电池的性能的重要因素，其中隔膜的成本占比最高，其次则是铬盐。电解液环节受益标的：振华股份；隔膜环节受益标的：东岳集团。表1：投资建议一览代码公司收盘价EPSPE评级2022.06.292022E2023E2024E2022E2023E2024E002128.SZ电投能源14.332.762.923.095.194.914.63-688390.SH固德威282.308.6012.20-48.7134.34-增持300124.SZ汇川技术65.331.582.11-37.9628.38-增持603067.SH振华股份12.130.981.171.4312.3410.388.51-00189.HK东岳集团9.881.641.902.055.404.664.31-备注：电投能源、振华股份、东岳集团盈利预测来自于Wind一致预期数据来源：Wind、国泰君安证券研究行业更新请务必阅读正文之后的免责条款部分7of84.风险提示实际运行效果不及预期。技术改进后的的铁/铬液流电池，正负极电解液采用了Fe-Cr混合液，以应对离子扩散渗透造成的自放电，但电解液的实用活性物质减少，因此该电池的能量密度较之前会进一步降低。同时，为了改善Cr离子电对的循环性能，抑制氢气放出，在负极表面沉积了催化剂，沉积工艺会增加制造成本。如果铁/铬液流电池的实际运行效果不及预期，那么其实用价值将大打折扣，成本优势也就无法真正体现。产业链形成不及预期。铁/铬液流电池原材料中成本占比最高的是隔膜材料，目前高质量的离子传导膜主要依赖进口，价格高昂，如果未来无法做到进口替代，降低材料价格，那么其产能将严重受限。同时，铁/铬液流电池的能量密度过低，应用场景很有限，如果下游的储能市场需求扩张不及预期，那么该技术的产业化速率将大大放缓。其他新型储能技术的威胁。钠离子电池、全钒液流电池等新型储能技术都在迅猛发展，因此铁/铬液流电池也面临很大的挑战。其中，全钒液流电池与铁/铬液流电池的主体结构几乎相同，只是电解液体系不同，二者互为替代品，如果全钒液流电池的降本速率超预期，那么铁/铬液流电池的发展势头可能会快速遇冷。行业更新请务必阅读正文之后的免责条款部分8of8本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格分析师声明作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力，保证报告所采用的数据均来自合规渠道，分析逻辑基于作者的职业理解，本报告清晰准确地反映了作者的研究观点，力求独立、客观和公正，结论不受任何第三方的授意或影响，特此声明。免责声明本报告仅供国泰君安证券股份有限公司（以下简称“本公司”）的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为本公司的当然客户。本报告仅在相关法律许可的情况下发放，并仅为提供信息而发放，概不构成任何广告。本报告的信息来源于已公开的资料，本公司对该等信息的准确性、完整性或可靠性不作任何保证。本报告所载的资料、意见及推测仅反映本公司于发布本报告当日的判断，本报告所指的证券或投资标的的价格、价值及投资收入可升可跌。过往表现不应作为日后的表现依据。在不同时期，本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。本公司不保证本报告所含信息保持在最新状态。同时，本公司对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改，投资者应当自行关注相应的更新或修改。本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户，不构成客户私人咨询建议。在任何情况下，本报告中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的投资建议。在任何情况下，本公司、本公司员工或者关联机构不承诺投资者一定获利，不与投资者分享投资收益，也不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。投资者务必注意，其据此做出的任何投资决策与本公司、本公司员工或者关联机构无关。本公司利用信息隔离墙控制内部一个或多个领域、部门或关联机构之间的信息流动。因此，投资者应注意，在法律许可的情况下，本公司及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券或期权并进行证券或期权交易，也可能为这些公司提供或者争取提供投资银行、财务顾问或者金融产品等相关服务。在法律许可的情况下，本公司的员工可能担任本报告所提到的公司的董事。市场有风险，投资需谨慎。投资者不应将本报告作为作出投资决策的唯一参考因素，亦不应认为本报告可以取代自己的判断。在决定投资前，如有需要，投资者务必向专业人士咨询并谨慎决策。本报告版权仅为本公司所有，未经书面许可，任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、发表或引用。如征得本公司同意进行引用、刊发的，需在允许的范围内使用，并注明出处为“国泰君安证券研究”，且不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删节和修改。若本公司以外的其他机构（以下简称“该机构”）发送本报告，则由该机构独自为此发送行为负责。通过此途径获得本报告的投资者应自行联系该机构以要求获悉更详细信息或进而交易本报告中提及的证券。本报告不构成本公司向该机构之客户提供的投资建议，本公司、本公司员工或者关联机构亦不为该机构之客户因使用本报告或报告所载内容引起的任何损失承担任何责任。评级说明评级说明1.投资建议的比较标准投资评级分为股票评级和行业评级。以报告发布后的12个月内的市场表现为比较标准，报告发布日后的12个月内的公司股价（或行业指数）的涨跌幅相对同期的沪深300指数涨跌幅为基准。股票投资评级增持相对沪深300指数涨幅15%以上谨慎增持相对沪深300指数涨幅介于5%～15%之间中性相对沪深300指数涨幅介于-5%～5%减持相对沪深300指数下跌5%以上2.投资建议的评级标准报告发布日后的12个月内的公司股价（或行业指数）的涨跌幅相对同期的沪深300指数的涨跌幅。行业投资评级增持明显强于沪深300指数中性基本与沪深300指数持平减持明显弱于沪深300指数国泰君安证券研究所上海深圳北京地址上海市静安区新闸路669号博华广场20层深圳市福田区益田路6009号新世界商务中心34层北京市西城区金融大街甲9号金融街中心南楼18层邮编200041518026100032电话（021）38676666（0755）23976888（010）83939888E-mail：gtjaresearch@gtjas.com