中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊:11月24-26日,由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務(wù)廳、長(zhǎng)沙市人民政府、中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)聯(lián)合主辦,100余家機(jī)構(gòu)共同支持的湖南(長(zhǎng)沙)電池博覽會(huì)暨第二屆中國(guó)國(guó)際新型儲(chǔ)能技術(shù)及工程應(yīng)用大會(huì)在長(zhǎng)沙圣爵菲斯大酒店召開(kāi)。此次大會(huì)主題是“新能源、新機(jī)遇、新高度”。
會(huì)議期間,組委會(huì)邀請(qǐng)了長(zhǎng)沙理工大學(xué)教授、長(zhǎng)沙理工大學(xué)儲(chǔ)能所所長(zhǎng)賈傳坤分享主題報(bào)告《大規(guī)模儲(chǔ)能液流電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化思考》。以下是發(fā)言主要內(nèi)容:
賈傳坤:我今天給大家報(bào)告的題目是《大規(guī)模儲(chǔ)能鐵硫液流電池產(chǎn)業(yè)化的思考》。
大的背景就不用了,“碳達(dá)峰”、“碳中和”,“雙碳”背景目前儲(chǔ)能遇到了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn),可能在座的一些老朋友在一年前長(zhǎng)沙同樣的液流電池會(huì)的時(shí)候,可能也是印象比較深刻。當(dāng)時(shí)我說(shuō)的是在座的會(huì)出來(lái)中國(guó)的首富,因?yàn)楫?dāng)時(shí)我給大家也分析了太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)展的時(shí)候,在2005年無(wú)錫尚德的施正光一度成為了首富。他成為首富之后,咱們的能源出現(xiàn)了四個(gè)字,氣風(fēng)、氣光。氣風(fēng)、氣光解決不了這個(gè)問(wèn)題怎么辦呢?我們就想到了用分散式移動(dòng)的能源來(lái)消納風(fēng)和光,所以說(shuō)應(yīng)運(yùn)而生的就是補(bǔ)貼電動(dòng)汽車(chē)。在2009年、2010年的時(shí)候一度把比亞迪的王傳福補(bǔ)成了中國(guó)首富?;叵肫饋?lái)這些大的能源決策背景下,大家會(huì)發(fā)現(xiàn),走到最后儲(chǔ)能反而是現(xiàn)在比較關(guān)鍵核心的技術(shù)??赡茉谝粌赡昵拔艺f(shuō)在座的各位企業(yè)家會(huì)出來(lái)中國(guó)首富,大家可能覺(jué)得笑笑就可以了,做做夢(mèng),夢(mèng)想總是有的,萬(wàn)一哪天成了。
經(jīng)過(guò)今年的形勢(shì),在座的各位可能都感受到了,尤其是以釩電池為代表的液流電池,在今年是經(jīng)歷了,反正是我職業(yè)生涯以來(lái)最火爆的一年。每天看到這個(gè)新聞,開(kāi)玩笑,我做了十幾年液流電池,我每天都感覺(jué)我身價(jià)過(guò)億,是億萬(wàn)富豪了,因?yàn)槊刻炖锩娴娜谫Y都是幾十億、上百億。當(dāng)然這是一個(gè)好事,2019年儲(chǔ)能最冷的時(shí)候,韓國(guó)電站起火爆炸,大家都覺(jué)得是到了儲(chǔ)能的低谷、冰點(diǎn)期,我給大家打氣、鼓勁,因?yàn)槲覉?jiān)信大規(guī)模儲(chǔ)能是未來(lái)主要的爆發(fā)點(diǎn)。
現(xiàn)在形勢(shì)比較火爆的情況下,我想著給大家潑點(diǎn)冷水,因?yàn)橐毫麟姵仡I(lǐng)域發(fā)展了這么多年,也經(jīng)歷了種種轉(zhuǎn)折點(diǎn)的事件,在好的形勢(shì)下經(jīng)不起太多的折騰了,如果再折騰的話(huà),在“雙碳”這么好的情況下,大家把它折騰完蛋了,我想在座的各位都是做液流電池的,可能都要轉(zhuǎn)行了。在這里我也呼吁大家,液流電池的路線很多,在現(xiàn)在的大規(guī)模儲(chǔ)能爆發(fā)的龐大市場(chǎng)體系下,每一種液流電池都會(huì)找到它合適的應(yīng)用場(chǎng)景。都會(huì)形成一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈,為什么呢?大家可以看看鋰電池的三元鋰電和磷酸鐵鋰,中間也是經(jīng)歷了多長(zhǎng)時(shí)間的斗爭(zhēng)?,F(xiàn)在大家可以看,磷酸鐵鋰有比亞迪,三元有寧德時(shí)代,所以我想我們液流電池也會(huì)經(jīng)歷20年前鋰電池經(jīng)歷的一個(gè)過(guò)程。未來(lái)我是比較有信心的,每一種液流電池可能都會(huì)孵化若干有代表性的知名上市公司,包括今天楊總也在,銀峰的吳總也在,這都是潛在的。
“雙碳”就是二氧化碳達(dá)到一個(gè)平衡,老話(huà)常談,傳統(tǒng)的化石燃料、新能源。新能源不連續(xù)、不穩(wěn)定,在電網(wǎng)側(cè)俗稱(chēng)垃圾電必須經(jīng)過(guò)大規(guī)模儲(chǔ)能的裝置把它轉(zhuǎn)變?yōu)槠椒€(wěn)、安全的電,才能實(shí)現(xiàn)它有效的應(yīng)用。很早大家講液流電池的時(shí)候就說(shuō)它是一個(gè)大型的電力銀行,就類(lèi)似于電力部門(mén)的五大行。尤其是習(xí)主席在這兩年很多場(chǎng)合提的“兩個(gè)安全”,一個(gè)是能源安全,一個(gè)是糧食安全。能源安全,習(xí)主席在去年時(shí)說(shuō)把能源的飯碗端在自己手上,怎么端?就是把電高質(zhì)量、高安全的使用,而不是早期的有電用、沒(méi)電用的概念。應(yīng)運(yùn)而生的就是在“雙碳”背景下,儲(chǔ)能是最關(guān)鍵、最核心的技術(shù)。
隨著“雙碳”提出儲(chǔ)能重要性的突出,出來(lái)了哪些政策呢?這是我今年上半年統(tǒng)計(jì)的,我現(xiàn)在都統(tǒng)計(jì)不完了,每天都有新的政策,必須有代表性的就是國(guó)務(wù)院的“1+N”的政策體系,把大規(guī)模儲(chǔ)能提到非常高的地位。儲(chǔ)能很重要,怎么干?怎么去推動(dòng)儲(chǔ)能的發(fā)展呢?不會(huì)出現(xiàn)像補(bǔ)貼太陽(yáng)能、風(fēng)能和電動(dòng)汽車(chē)那樣豪放式、一刀切的補(bǔ)貼了,所以說(shuō)現(xiàn)在出現(xiàn)了兩種刺激性的政策,一個(gè)是電網(wǎng)側(cè)的拉大、峰谷差價(jià),讓你有利可圖。另外就是發(fā)電側(cè),風(fēng)光在招標(biāo)的時(shí)候,基本上全國(guó)招標(biāo)有5-20%不等,必須配儲(chǔ)能,這也是現(xiàn)在所有的國(guó)企、央企為了爭(zhēng)取在2025年達(dá)峰,現(xiàn)在都在跑馬圈地做風(fēng)和光,但是風(fēng)和光剛才講了必須配備儲(chǔ)能。我想在后面3-5年內(nèi),5-20%是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,可能比例會(huì)大幅度提升,儲(chǔ)能的市場(chǎng)又會(huì)迎來(lái)一次爆發(fā)式的劇增。這是上半年于總預(yù)計(jì)2025年是55GWh,可能這個(gè)數(shù)字要翻幾倍了,因?yàn)楝F(xiàn)在儲(chǔ)能的形式是日新月異,每天都在變化。我想在座的各位可能比我更了解儲(chǔ)能市場(chǎng)的重要性。
儲(chǔ)能就是在幾大側(cè)的應(yīng)用,這個(gè)我就不講了,各位都是專(zhuān)家,它說(shuō)白了就是大規(guī)模的電力銀行,沒(méi)有這個(gè)電力銀行,可能就跟金融界通貨膨脹一樣。在這么好的形勢(shì)下,尤其是前段時(shí)間能源局出臺(tái)了一個(gè)文件,但是那個(gè)文件我是辯證的看它,因?yàn)檎f(shuō)了三元鋰電和鈉硫,在儲(chǔ)能上是不能應(yīng)用的,磷酸鐵鋰在人員密集區(qū)要慎用,但是我看它是辯證的去看,因?yàn)殇囯姵刈鳛閮?chǔ)能,應(yīng)該以規(guī)模來(lái)界定它使用的場(chǎng)景。在新形勢(shì)下,大規(guī)模儲(chǔ)能對(duì)電池的安全性和性?xún)r(jià)比提出了更高的要求。在這種情況下,液流電池本身最大的特點(diǎn)就是安全,不會(huì)起火爆炸,如果你的電解液體系是比較溫和、中性的體系,你在關(guān)鍵的時(shí)刻還能起到滅火的作用。但是目前傳統(tǒng)的液流電池,可能在座的基本上大部分都是做釩電池的,咱們的確要客觀的說(shuō)釩電池,還有液流電池的投入成本低,一直是被其他電池領(lǐng)域在拿來(lái)說(shuō)故事的,但是因?yàn)槠髽I(yè)家和社會(huì)上的資本都是關(guān)注投資回報(bào)期的,所以一說(shuō)這個(gè)事情的時(shí)候就說(shuō)液流電池比較貴,但是沒(méi)問(wèn)題,說(shuō)我們貴是好事,促進(jìn)我們進(jìn)步,要辯證看待這個(gè)問(wèn)題。怎么辦呢?
我2018年回國(guó)的時(shí)候,研究工作者大家都在尋找儲(chǔ)量豐富、便宜的液流電池體系,有水系,有錳、鈦、鐵、鉻,還有鐵硫、鋅鐵,發(fā)展得很多。我今天主要給大家想分享的就是我們?cè)?017年做的體系,就是一個(gè)中性的鐵硫的液流電池體系,為什么要做這個(gè)體系,因?yàn)楫?dāng)時(shí)正好經(jīng)歷五氧化二釩,釩的價(jià)格從幾萬(wàn)塊錢(qián)一噸漲到了幾十萬(wàn)塊錢(qián)一噸,我不知道有沒(méi)有融科,融科應(yīng)該體會(huì)比較深,就是在2017年、2018年、2019年漲價(jià)的時(shí)候,當(dāng)時(shí)對(duì)釩電池的打擊是比較大,所以我回國(guó)之后,我就給來(lái)找我合作的朋友說(shuō)了一句話(huà),沒(méi)有釩礦我就堅(jiān)決不搞釩電池體系,我只做關(guān)鍵材料。也基于這個(gè)背景,我們就在找儲(chǔ)量比較豐富的元素,第一直觀的反應(yīng)鐵是儲(chǔ)量比較多的。硫元素是一個(gè)多價(jià)態(tài),儲(chǔ)量也非常豐富、非常便宜,尤其咱們湖南對(duì)硫還是比較有優(yōu)勢(shì)的,瀏陽(yáng)煙花走遍世界。當(dāng)時(shí)也要借助這個(gè)東西來(lái)說(shuō)一些故事,所以說(shuō)液流電池商業(yè)化的關(guān)鍵材料,我總結(jié)就是這幾大要素,一個(gè)是能量功率成本和壽命,我個(gè)人把它定義成液流電池產(chǎn)業(yè)化的黃金三角法則,可能不對(duì),請(qǐng)大家批評(píng)指正。
在2017年的時(shí)候我們就展示出了世界上第一個(gè)中性的鐵硫的液流電池,它的定位相對(duì)低一些,有0.97伏,但是有一個(gè)主要的優(yōu)勢(shì)就是它成本低,鐵和硫的成本是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于釩,我們做的過(guò)程中也擔(dān)心液流電池正負(fù)級(jí)的元素不一樣,會(huì)有交叉污染,但是我們做了大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鐵和硫分子的尺寸相對(duì)大一些,膜之間的滲透、交叉污染會(huì)非常小,所以說(shuō)鐵和硫的體系,它的庫(kù)倫是一直接近百分之百的。我們做了大量的實(shí)驗(yàn),也驗(yàn)證了這個(gè)機(jī)會(huì),這對(duì)我們來(lái)說(shuō)是非常好的優(yōu)勢(shì),它如果解決了交叉污染,電解液的回收再利用就會(huì)少了很多制約點(diǎn)。鐵、硫剛才介紹了又便宜、又穩(wěn)定,還是中性的,是不是理想的方案?現(xiàn)階段我跟大家說(shuō)它的功率密度還是非常小的,它現(xiàn)在電密只能保證在50的電流密度下,它的效率達(dá)到80%。這樣帶來(lái)了什么結(jié)果?電堆的功率成本會(huì)比釩電池的高1-2倍,所以第一代的產(chǎn)品做了一個(gè)整體的核算,如果到8小時(shí)以上的話(huà),它系統(tǒng)的成本可以到2750,10小時(shí)可以到1300。在這種情況下,相對(duì)于磷酸鐵鋰和其他體系還是比較有競(jìng)爭(zhēng)力的,我們就開(kāi)發(fā)了電極膜雙極板材料,按進(jìn)一步提高它的功率密度,降低成本。我們現(xiàn)在可以做到80-100電力的情況下,可以保證它8小時(shí)以上,它的成本就可以降到2000塊錢(qián)。10小時(shí)以上可以到1700塊錢(qián),這是一個(gè)非常有競(jìng)爭(zhēng)力的數(shù)字,但是在8小時(shí)以前,目前我們和釩電池還是有一定的差距,這個(gè)必須客觀的說(shuō)。
對(duì)于目前來(lái)說(shuō),對(duì)于6小時(shí)、8小時(shí)以前的市場(chǎng),我們可以兼顧做一些,肯定還是釩電池主戰(zhàn)場(chǎng)。有做鐵的,我們現(xiàn)在最常用的是鐵硫化鉀的,大家都知道哈佛大學(xué)用了正極的鐵硫化鉀,它的溶解度只能到0.4摩爾,很低。這就導(dǎo)致了整個(gè)電池體系的能量密度比較低,如果在北上廣深這種地區(qū)做一個(gè)大規(guī)模電站這樣落地的話(huà),這個(gè)成本就會(huì)增加了。我們就嘗試了一個(gè)很巧妙的辦法,在正極鐵的一側(cè),合成了一個(gè)鐵的固體,利用了氧化還原靶向的反應(yīng)作為一個(gè)媒介,讓鐵的固體在儲(chǔ)液罐里就可以存儲(chǔ)能量,現(xiàn)在就相當(dāng)于正極鐵的溶解度可以提升到11.04摩爾,這是一個(gè)什么概念呢?相當(dāng)于比哈佛大學(xué)提升200倍、300倍,我們可以做到能量密度達(dá)到260瓦時(shí)每升,溶解鐵之后,有些鐵可以沉浸到正極的電極上,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功率有一個(gè)促進(jìn)的作用,因?yàn)槎际且粋€(gè)氧化還原靶向促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。它的功率會(huì)進(jìn)一步的提升,基于這個(gè)體系,大家看右下角,我們可以做到8小時(shí)1500塊錢(qián),10小時(shí)就是1300塊錢(qián),4個(gè)小時(shí)也可以做到2500塊錢(qián)每千瓦時(shí),所以還是有一定的競(jìng)爭(zhēng)力的。和磷酸鐵鋰比也是不怕的。包括2019年的時(shí)候,我都跟大家講鋰電池的漲價(jià)是必然的,指數(shù)會(huì)爆漲,那時(shí)候別人都在說(shuō)我開(kāi)玩笑,結(jié)果現(xiàn)在事實(shí)證明我說(shuō)得還是對(duì)的。所以我們對(duì)這個(gè)體系還是比較有信心的,因?yàn)樗欠浅7€(wěn)定的。
現(xiàn)在我們主要在做的事情就是電極、隔膜、雙極板,還有溶液的回收再利用,這塊工作,我們正在做這部分,把整個(gè)鏈條打全了,這樣就是一款有絕對(duì)競(jìng)爭(zhēng)力的重大規(guī)模儲(chǔ)能的體系。在膜的工作給各位匯報(bào)一下,我們開(kāi)發(fā)了國(guó)產(chǎn)的膜,這個(gè)膜只能用在我們鐵的體系,用在釩的體系效果不好。鐵的體系我可以很自豪的說(shuō)比杜邦的膜效果還好,因?yàn)槲覀兪氰F和硫的體系,包括鋅鐵的體系。2021年的時(shí)候山東聯(lián)盟化工集團(tuán)投了1.12億建了年產(chǎn)10萬(wàn)平的膜產(chǎn)業(yè),現(xiàn)在在擴(kuò)產(chǎn),今年底的產(chǎn)線會(huì)完全建好。還是那句話(huà),它只適合腐蝕性小的,在酸性體系里面,這個(gè)膜的穩(wěn)定性還是抗不住的。在堿性和中性體系的是沒(méi)有問(wèn)題的,如果在座的有做堿性和中性體系膜的歡迎大家來(lái)交流合作。另外電極這塊我們也做了世界上首款石墨烯的電級(jí)材料,當(dāng)然這是2019年報(bào)道的石墨烯,現(xiàn)在我們石墨烯已經(jīng)做得更好了,可以在碳纖維上長(zhǎng)了很漂亮、很均勻的石墨烯材料,它對(duì)鐵和硫的促進(jìn)催化有非常高的提升。當(dāng)然硫那一側(cè)是比較復(fù)雜的,我們也做了一些氧化物的探索,目前效果還是很不錯(cuò)的。
電解液這塊就非常簡(jiǎn)單了,它不需要這么復(fù)雜,我們只需要鐵和硫的原材料做一個(gè)配方混一下就可以達(dá)到很好的效果,目前合作的公司這邊也有產(chǎn)品??偨Y(jié),液流電池在劉素琴這邊我還是一個(gè)新兵,我是2007年開(kāi)始做的,2009年做的小電堆,回國(guó)以后我們直接就做了5000W電堆小的示范。
天時(shí)地利剛才都說(shuō)了,成一件事最主要的就是人和,所以在這個(gè)過(guò)程中接觸了湖南創(chuàng)達(dá)儲(chǔ)能科技公司,他們謝董事長(zhǎng)是一個(gè)比較有情懷的企業(yè)家,在十幾年前太陽(yáng)能不火的時(shí)候大量的資金投了太陽(yáng)能,最后技術(shù)輸出成就了溶劑,所以在儲(chǔ)能方面我們也是比較投緣,志向相投的人就能把這個(gè)事情搞起來(lái)。目前我們?cè)陂L(zhǎng)沙有一個(gè)在建100兆瓦鐵硫體系的產(chǎn)線,希望在座的各位有時(shí)間去交流、指導(dǎo)。我對(duì)這個(gè)電池是比較有信心的,我定義的一句話(huà)是“鐵血丹心,中流砥柱”,我們的目標(biāo),結(jié)合湖南的“三高四新”,我們想把創(chuàng)達(dá)打造成引領(lǐng)世界的鐵硫液流電池技術(shù)高地,也希望在座做液流電池關(guān)鍵材料的企業(yè)朋友和高校的(朋友)能夠給我們多多的支持和合作,也歡迎大家來(lái)企業(yè)指導(dǎo)工作。
總結(jié)一下,我們?cè)陔姌O、隔膜、電解液體系做了初步的探索,目前我們爭(zhēng)取3-5年能夠打造鐵硫液流電池的目標(biāo),最終電池的成本,在8小時(shí)以上,我們想讓它降到1000塊錢(qián)的成本,這是我們的目標(biāo),目標(biāo)當(dāng)然要定得遠(yuǎn)大一些,8小時(shí)以上。有個(gè)前提,我們?cè)?小時(shí)的時(shí)候目標(biāo)是2000塊錢(qián)一千瓦時(shí),整個(gè)系統(tǒng)度電成本爭(zhēng)取做到一毛五到一毛。(圖)這一頁(yè)圖我本來(lái)想刪掉的,我不想講,因?yàn)槲遗碌米镤囯姷囊粋€(gè)企業(yè),但是我必須得講,為什么?因?yàn)樵诒本┐蠹t門(mén)爆炸之前,我當(dāng)時(shí)說(shuō)小規(guī)模儲(chǔ)能在5-10年內(nèi)會(huì)是鋰電、鈉電的天下,當(dāng)時(shí)我定了一個(gè)門(mén)檻小規(guī)模是20兆瓦,結(jié)果我講完之后一周北京大紅門(mén)爆炸,那個(gè)事件大家可能都知道,那是個(gè)里程碑的(事件)。所以我也呼吁國(guó)企、央企做儲(chǔ)能電站的時(shí)候一定要守住安全的底線,因?yàn)槲矣X(jué)得鋰電池它先天性的特點(diǎn),上了一定的規(guī)模,尤其現(xiàn)在電池管理系統(tǒng)的技術(shù)管理水平,特斯拉在澳大利亞的磷酸鐵鋰電站還找了五天,我想咱們國(guó)內(nèi)的企業(yè)電池管理系統(tǒng)的水平還達(dá)不到特斯拉的水平。所以說(shuō)現(xiàn)在我把它定義10兆瓦級(jí)別以下,5-10年內(nèi)肯定是鋰電、鈉電搭配的天下。但是在10兆瓦以上,中大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域,安全是第一要素,為什么呢?因?yàn)槲覀兊某霭l(fā)點(diǎn)就是能源安全,如果你不以總目標(biāo)為目標(biāo)的話(huà),犧牲了安全為代價(jià),我想這和國(guó)家的大方針是相反的。所以說(shuō)大規(guī)模儲(chǔ)能,我不給出答案,我只說(shuō)液流電池會(huì)是一個(gè)潛在的解決方案,不管哪一種液流電池在中大規(guī)模儲(chǔ)能都會(huì)有一席之地,我也呼吁做液流電池的各位朋友大家團(tuán)結(jié)一致,把市場(chǎng)真正的做實(shí)、做大,我們每一個(gè)人都會(huì)跟著沾光的。
我希望液流電池做得比鋰電還紅火,也出來(lái)幾個(gè)比亞迪、寧德時(shí)代這種企業(yè)。我也相信在座的楊總、楊大偉老總,還有吳董都是有潛力的。(圖)這個(gè)是當(dāng)時(shí)長(zhǎng)沙市的市長(zhǎng)胡忠雄市長(zhǎng)去我實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候,后來(lái)我們報(bào)告就出了一個(gè)長(zhǎng)沙市先進(jìn)儲(chǔ)能的三年規(guī)劃,當(dāng)然現(xiàn)在是升級(jí)版了,后來(lái)疫情期間他去了貴州,現(xiàn)在是貴州省常委,他對(duì)這個(gè)事情還是比較支持的,在2019年儲(chǔ)能比較冷的時(shí)候長(zhǎng)沙市就出臺(tái)了先進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈的文件。(圖)這是工信廳的張廳長(zhǎng)去我們那邊,這是自主的鐵硫示范。(圖)這是科技廳廳長(zhǎng)去我們那邊,也是對(duì)鐵硫的體系非常關(guān)心的。(圖)這是當(dāng)時(shí)湖南省委常委省委秘書(shū)長(zhǎng)張劍飛去到我們那邊,他是個(gè)學(xué)術(shù)性的領(lǐng)導(dǎo),比較了解液流電池,他對(duì)我們加固體的鐵硫是點(diǎn)了贊的,因?yàn)樗容^了解鐵硫電池。(圖)這是我們團(tuán)隊(duì)的組成,依托湖南省第一批的團(tuán)隊(duì),目前高校里面唯一的團(tuán)隊(duì)。
最后,每一種液流電池都是有好的、爆發(fā)式的前景,我歡迎大家去實(shí)驗(yàn)室,去創(chuàng)達(dá)指導(dǎo)交流,我也有信心,在座各位液流的,我們都可以把這個(gè)市場(chǎng)做好,謝謝大家!