中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊:9月10-11日,由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)、南方科技大學(xué)碳中和能源研究院、南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院聯(lián)合100余家機(jī)構(gòu)共同支持的碳中和能源高峰論壇暨第三屆中國國際新型儲(chǔ)能技術(shù)及工程應(yīng)用大會(huì)在深圳召開。此次大會(huì)主題是“綠色、經(jīng)濟(jì)、安全、發(fā)展”。
來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的600余家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè),1317位嘉賓參加了本屆大會(huì)。
10日下午,西安秦源智科儲(chǔ)能科技有限公司CEO趙云受邀在“長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)及應(yīng)用專場”分享了主題報(bào)告,主題為《綠色鉛鹽單液流電池儲(chǔ)能技術(shù)在長時(shí)儲(chǔ)能中的應(yīng)用》。
趙云:大家下午好!我們公司是西安秦源智科儲(chǔ)能科技有限公司,來自西安理工大學(xué)一個(gè)科研成果項(xiàng)目的轉(zhuǎn)化,公司的主要產(chǎn)品是“綠色鉛鹽單液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)”,也是在液流電池領(lǐng)域的新技術(shù)路線,我下面給大家匯報(bào)一下,我們?cè)谶@個(gè)技術(shù)路徑以及在長時(shí)儲(chǔ)能應(yīng)用的一些想法。
所有的儲(chǔ)能,包括液流電池以及長時(shí)儲(chǔ)能的來源,它還是離不開國家碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),政策的推動(dòng)給儲(chǔ)能帶來了極大的機(jī)遇。今天從早上到現(xiàn)在,大家對(duì)這一點(diǎn)都有很好的共識(shí),也分享了很多,我就不再贅述。
從目前的儲(chǔ)能市場,以及對(duì)未來的儲(chǔ)能特別是長時(shí)儲(chǔ)能的現(xiàn)狀,以及發(fā)展的需要,我們做一些分析。首先我們認(rèn)為在長時(shí)儲(chǔ)能上,對(duì)于電池系統(tǒng)的要求,我們總結(jié)了三個(gè)方面,用一個(gè)三角來表示,當(dāng)然它三個(gè)方面還是有急迫性和重要性的分別。第一是高安全性,現(xiàn)在在整個(gè)儲(chǔ)能行業(yè),對(duì)于高安全這一點(diǎn)是非常有共識(shí)的,從過去以鋰電池搭建的技術(shù)體系做的儲(chǔ)能系統(tǒng)來看,從歐洲到韓國,以及國內(nèi),剛才很多同仁都分享了很多案例,熱失控的現(xiàn)象是鋰技術(shù)這個(gè)體系下的一個(gè)本征的特點(diǎn)。所以對(duì)大家來講,目前特別是這種大型的長時(shí)儲(chǔ)能,因?yàn)樗捏w量比較大,所以安全性成為未來行業(yè)最迫切需要解決的問題。第二是環(huán)境的友好性,在運(yùn)行的過程,包括生產(chǎn)制造、未來的回收,這些方面都要對(duì)環(huán)境有良好的友好性。最近歐盟也提出了在儲(chǔ)能這方面碳足跡的追蹤,包括它的回收體系的建設(shè),這方面都提出了新的要求。所以未來電池體系對(duì)于環(huán)境的友好性也是一個(gè)很迫切的問題。第三是經(jīng)濟(jì)性。任何商業(yè)行為或者產(chǎn)品有沒有價(jià)值,還取決于它有沒有良好的經(jīng)濟(jì)性,這也是未來儲(chǔ)能需要解決的問題。
從目前的行業(yè)來講,從大的方面分為物理儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能。物理儲(chǔ)能方面,現(xiàn)在抽水蓄能占有最大的比例,規(guī)模應(yīng)用也最廣泛。今天聚焦到化學(xué)儲(chǔ)能體系,早上趙院士也分享了,在靈活配置、貼近于發(fā)電側(cè)方面來講,化學(xué)儲(chǔ)能有它的獨(dú)到的有適合應(yīng)用場景,從化學(xué)的儲(chǔ)能體系來講,鋰電池的效率和規(guī)?;瘧?yīng)用比較突出,鋰電池在化學(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用里面要占到98%的裝機(jī),接下來才是液流電池和其它的技術(shù)路線。作為一個(gè)新型的儲(chǔ)能體系,液流電池未來的空間還是可期的。
液流電池有很好的安全性,它的規(guī)?;瘧?yīng)用未來應(yīng)該也是有很大的空間,它的效率也比較高,液流電池的效率還是比較高的。再往下就是它的循環(huán)壽命,這也是我們?cè)谒须姵伢w系目前來看,液流電池共有的特征,就是長壽命。
所以綜合來講,鋰離子電池的技術(shù)、效率、規(guī)模化應(yīng)用比較突出,而液流電池因?yàn)樗谋菊靼踩?、技術(shù)比較均衡,所以未來應(yīng)該有很廣泛的應(yīng)用空間。
這是我們的技術(shù)路線,我們相對(duì)的還是比較新的方案,給大家介紹一下。
右下角這個(gè)圖就是我們的一個(gè)應(yīng)用示例,它是應(yīng)用了鉛離子的電化學(xué)特性來實(shí)現(xiàn)了充放電。
我們的技術(shù)有幾個(gè)方面,因?yàn)檫@個(gè)技術(shù)體系最早在2004年由英國的南安普頓大學(xué)提出來,并且進(jìn)行了驗(yàn)證和研究,當(dāng)然任何技術(shù)路線都有它的缺陷或者是需要解決的問題,所以在這個(gè)基礎(chǔ)上,我們又做了以下三個(gè)方面的創(chuàng)新性研究。
第一是我們的電池系統(tǒng)采用了單一電解液雙極性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案,它的好處是正負(fù)極的電解液是統(tǒng)一的電解液,中間取掉了離子隔膜。今天大家也分享了膜的重要性,膜的成本對(duì)電池體系來講還是比較貴的,同時(shí)膜還有不穩(wěn)定性,對(duì)整體系統(tǒng)的安全以及它的使用壽命都有一定的影響,因此我們的體系取消了離子交換膜,提升了安全性,降低了成本,同時(shí)也簡化了系統(tǒng)的難度。我們的電極板采用雙碳板中間+高分子離子聚合物的設(shè)計(jì),我們的雙極板的性能優(yōu)于美國能源協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。
總體來講,我們的設(shè)計(jì)從國內(nèi)外的理論研究,到工程化的實(shí)踐,可能看到的做單一電解液雙極性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的,目前只有我們一家。
第二個(gè)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn),做任何的電池體系,特別是金屬的枝晶抑制上,這是一個(gè)繞不開的話題。在金屬析出的情況下有枝晶的形成,嚴(yán)重影響電池的壽命,后來通過我們不斷地努力和相關(guān)配方的改進(jìn),找到了解決方案,右上角這個(gè)示意圖就是我們?cè)陔婄R下掃描,得到我們的枝晶抑制技術(shù)的添加劑以后,我們的金屬析出以后,它呈一種扁平化的生長,有效解決了枝晶的問題,提高了電池的壽命。
第三個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)是電解液的耐候性上面。從新能源的特性來講,大部分的裝機(jī)場所都在偏北方的地區(qū),因?yàn)樗辛己玫墓夂惋L(fēng)的資源,這些地方常年的溫度相對(duì)較低,我們的這款電解液的冰點(diǎn)是-65度,沸點(diǎn)是130度,在22度的情況下,我們的庫倫效率在99%,在零下40度到零上50度區(qū)間,我們的擴(kuò)容效率都在95%以上。綜合來講,總體在新能源發(fā)展比較快速,或者裝機(jī)比較多的北方地區(qū),我們的電池電解液有更好的優(yōu)勢。在這種條件下,我們的電池系統(tǒng)基本上不需要做溫度控制和調(diào)節(jié),這也是我們的電池系統(tǒng)獨(dú)有的特點(diǎn)。我們?cè)谧隹刂葡到y(tǒng)的時(shí)候,最早是不考慮溫度因素的,后來因?yàn)榇蠹叶几杏X不了解溫度,或者不監(jiān)測溫度,我們?cè)谛碌姆桨咐锩嬗旨尤肓藴囟鹊谋O(jiān)測,但是在整體的系統(tǒng)控制中不做溫度的調(diào)整或者干預(yù)。
綜合來講,我們做了這三個(gè)方面的創(chuàng)新。
總體來說,我們的電池形成了一些特點(diǎn):第一是安全環(huán)保,剛才大家也講到了,液流電池本征安全的原因,它的電解液主要是水基的,所以它又是一個(gè)循環(huán)體系,在運(yùn)行的過程中,如果電極端有熱量的產(chǎn)生,它會(huì)隨著電解液的流動(dòng)而進(jìn)行很好的循環(huán)。在電池體系的結(jié)構(gòu)方面,雖然大家都有談鉛色變的情結(jié),我們?cè)谏a(chǎn)和制造的環(huán)節(jié)是不使用單質(zhì)鉛金屬,它也不使用易燃易爆化學(xué)品和危險(xiǎn)化學(xué)品,所以過程比較安全和環(huán)保。同時(shí)在運(yùn)行過程中它也沒有有毒有害氣體的發(fā)生,它總體的安全性是有保障的。
第二是它的結(jié)構(gòu)簡單,我們?nèi)∠穗x子交換膜,使得電池的結(jié)構(gòu)變得比較簡單,也便于生產(chǎn),對(duì)生產(chǎn)、加工環(huán)境也是要求不高。功率和容量獨(dú)立設(shè)計(jì),容量容易擴(kuò)張,靈活布置。環(huán)?;厥諌毫π?,理論充電次數(shù)周期比較長。
第三是耐候性強(qiáng)。在-40度到50度區(qū)間,它都可以正常使用,不需要額外做溫度的補(bǔ)償和調(diào)整。節(jié)省了成本,提升了整體系統(tǒng)的效率。
第四是綠色長壽命。當(dāng)然所有的液流電池都有較好的循環(huán)壽命的次數(shù),這也是一個(gè)整體的優(yōu)點(diǎn)。
我們這個(gè)技術(shù)來自于團(tuán)隊(duì)的技術(shù)負(fù)責(zé)人劉政博士,他是英國謝菲爾大學(xué)的博士畢業(yè),后來在空客當(dāng)項(xiàng)目經(jīng)理,長期從事電化學(xué)儲(chǔ)能體系的研究,以及材料的研究,在這方面很有優(yōu)勢。
這是另外兩位團(tuán)隊(duì)成員,我本人來自隆基綠能,做太陽能出身,對(duì)儲(chǔ)能行業(yè)有充分的認(rèn)識(shí)和了解。雖然這個(gè)技術(shù)體系我們今年是第一次在儲(chǔ)能大會(huì)進(jìn)行技術(shù)交流,但是從研發(fā)的過程來講,它也是歷時(shí)了十多年的爬坡。2011年劉博士留學(xué)歸來,把這個(gè)技術(shù)落戶到西安理工大學(xué),我們?cè)谖靼怖砉ご髮W(xué)搭建了技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái),逐漸解決它的功率問題,解決它的能量密度問題,以及枝晶的問題,通過一路的攻關(guān),到2019年我們首次完成了單一電解液雙極性結(jié)構(gòu)的課題,后面做了電解液等相關(guān)配套支持的研究,到今年完成了BMS等等控制系統(tǒng),以及進(jìn)行了中試,也花了十多年的時(shí)間,走到了目前這個(gè)程度。
這是我們的專利體系,目前有完備的專利支撐。
匯報(bào)一下我們對(duì)市場的認(rèn)知,雖然現(xiàn)在長時(shí)儲(chǔ)能被提到了一個(gè)很高的高度,我們這個(gè)產(chǎn)品在削峰填谷方面有很大的作用,早上也有專家匯報(bào)軍工方面的應(yīng)用,部隊(duì)也有到我們這邊調(diào)研,在高海拔、邊防的低溫和長時(shí)儲(chǔ)能方面都有一些需要。另外我們這個(gè)電池系統(tǒng)可以靠自身的電量實(shí)現(xiàn)黑啟動(dòng),不需要其它電池的輔助。
這是我們?cè)?018年在廣東大亞灣做的示范,這幾年下來運(yùn)行一直非常穩(wěn)定。
我們現(xiàn)在有一個(gè)100MW的產(chǎn)線正在搭建,預(yù)計(jì)明年年初會(huì)投產(chǎn),在儲(chǔ)能體系里面,特別是在液流電池這一塊,我們也是一個(gè)新的技術(shù)路徑,公司也比較新,跟各位前輩、大咖相比,我們是剛剛開始,也希望得到大家的支持和指導(dǎo)。
【責(zé)任編輯:周曉晴】