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專訪中南大學(xué)教授劉素琴:科學(xué)和技術(shù)相輔相成 電解液成本是全釩液流儲能降本關(guān)鍵

作者:費心懿 實習(xí)生周晗馳 來源:21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道 發(fā)布時間:2023-05-27 瀏覽:

中國儲能網(wǎng)訊:新型儲能技術(shù)路線百花齊放,以兼容可再生能源并網(wǎng)為需求的4小時以上的長時儲能,正成為新型電力系統(tǒng)建設(shè)中的下一個風(fēng)口。這之中,液流電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度備受關(guān)注。

自20世紀(jì)90年代末以來,中南大學(xué)、大連化學(xué)物理研究所、清華大學(xué)、中科院沈陽金屬所等機(jī)構(gòu)陸續(xù)投身全釩液流電池的研發(fā)工作,攻克多項關(guān)鍵核心技術(shù)。

作為最早一批在國內(nèi)從事全釩液流電池領(lǐng)域研究的專家,劉素琴向21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者回顧了過去20年全釩液流電池技術(shù)在中國從無到有、從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化的歷程。

在迎接市場需求快速膨脹的過程中,技術(shù)專家如何看待產(chǎn)業(yè)下一階段的發(fā)展方向?

全釩液流電池的國產(chǎn)化之路

上個世紀(jì)80年代,科學(xué)家首次提出了全釩液流電池。

2002年,在國家政策的推動下,攀鋼與中南大學(xué)合作釩電池研發(fā),全釩液流電池開始進(jìn)入商業(yè)化探索。

“2002年,剛剛進(jìn)入液流電池領(lǐng)域進(jìn)行研究的時候,當(dāng)時行業(yè)真的還是挺冷的。”中南大學(xué)化工學(xué)院教授劉素琴在接受21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者專訪時回顧當(dāng)時的情景。

劉素琴告訴記者,“當(dāng)時,只是文獻(xiàn)上說有一種可能性,我們從中得到一個啟示。由于釩有不同的價態(tài),正負(fù)極都用釩是可以做成電池,能夠充放電,但是我們當(dāng)時并不能從文獻(xiàn)上看到整個電池的結(jié)構(gòu)。”

因為液流電池的結(jié)構(gòu)和基本原理都和鋰電池不同,“研究過程中,走了很多的彎路,碰了很多的壁?!眲⑺厍俑袊@。例如,液流電池的電解液絕不能夠在隔膜中互穿,否則就會變成自放電,所以僅是隔膜材料的確定就經(jīng)過了很多年的摸索。

“從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化,所有的材料都沒有現(xiàn)成的,都得自己去研發(fā),市面上也找不到液流電池的配套元器件。工作量很大,進(jìn)度緩慢?!眲⑺厍倩貞浀??!跋耠姌O材料的原氈材料,原來我記得剛開始是拿的保溫氈,但是保溫氈厚薄很不均勻,要做很多工作進(jìn)行調(diào)整?!?

“即使是在實驗室的研究,它的投入也是要比常規(guī)電池的研究更昂貴,對經(jīng)費的要求高一些。這樣的話,也會阻礙一部分人進(jìn)來做這個領(lǐng)域的研究。”現(xiàn)實的困難使得整個行業(yè)步履維艱,劉素琴回憶,“液流電池的隔膜在2002年的時候是12000多元一平方米,后來外部采購的價格也要1萬塊錢一平方米。”

除了電極、電解液、隔膜,還需要組成電池的整個系統(tǒng)。“在做電池到電堆的過程中,如果電堆結(jié)構(gòu)沒有很好的優(yōu)化,電池材料是發(fā)揮不了它最佳性能的?!眲⑺厍俑嬖V21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者。

從國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)進(jìn)展也可瞥見一角。2006年,中科院大連化學(xué)物理研究所研制出10kW電堆,2009年,北京普能收購了加拿大VRB power system公司,掌握全釩液流電池的核心專利權(quán)。直到2020年,大連、北京等地全釩液流電池儲能示范項目投入運營,全釩液流電池的技術(shù)成熟度和規(guī)模化才開始日漸提高。

隨著規(guī)模效應(yīng)的浮現(xiàn),材料降本也取得了一定的突破。不過,劉素琴還告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者,液流電池三大關(guān)鍵材料,電解液、電極和隔膜,在產(chǎn)業(yè)化過程中各自都存在技術(shù)瓶頸,比如,電解液能量密度低,高溫穩(wěn)定性差;電極中商業(yè)化碳?xì)植牧洗呋钚缘?;隔膜的成本高,主要依靠國外進(jìn)口。

劉素琴介紹,目前其在技術(shù)路線上研發(fā)的目標(biāo)是,對添加劑進(jìn)行改性,制備高濃度高穩(wěn)定性電解液;開發(fā)活性催化劑材料,提高電堆功率密度;以及開發(fā)低成本、高質(zhì)子傳導(dǎo)高穩(wěn)定性隔膜,突破“卡脖子進(jìn)口隔膜技術(shù)”。

吉瓦級時代來了

2021年,劉素琴出任北京星辰新能科技有限公司(下稱“星辰新能”)首席科學(xué)家。談及與企業(yè)的合作,劉素琴直言不諱,其實大家都是一個共同的目標(biāo),就是要推進(jìn)它的產(chǎn)業(yè)化。

21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者注意到,今年以來,液流電池正在走向“吉瓦級”時代。

2023年5月4日,星辰新能宣布其全釩液流吉瓦級工廠在常州武進(jìn)國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)落成,預(yù)計將于2023年8月投產(chǎn)第一期300MW量產(chǎn)線,并在同年12月建成第二期700MW量產(chǎn)線,未來最終總產(chǎn)能將達(dá)到3GW。

去年11月,中核匯能1GWh全釩液流電池儲能系統(tǒng)開標(biāo)。今年7月,國內(nèi)首個吉瓦級別的鋅鐵液流電池工廠即將全面投產(chǎn),年產(chǎn)能將達(dá)6GWh。

融資方面,同樣是國內(nèi)最早一批推進(jìn)液流電池產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)大連融科,在短短一年多的時間里密集完成三輪融資。去年12月,安信證券公布了大連融科儲能集團(tuán)有限公司發(fā)布首次公開發(fā)行股票并上市輔導(dǎo)備案報告,預(yù)示該公司正式開啟沖擊IPO之路。從事鋅鐵液流電池技術(shù)路線的緯景儲能科技有限公司也在日前宣布完成A輪融資,融資金額超6億元。

“越來越多的企業(yè)參與到液流電池領(lǐng)域其實是好事。”某液流電池企業(yè)負(fù)責(zé)人告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者。

面對需求膨脹和產(chǎn)業(yè)化加速到來,劉素琴認(rèn)為,“實際上我覺得科學(xué)和技術(shù)是相輔相成的。原來沒有與產(chǎn)業(yè)接觸的時候,我們把重點放在解決科學(xué)的問題。而跟企業(yè)接觸之后,了解到產(chǎn)業(yè)方面的需求,就會將在實驗室里對科學(xué)問題機(jī)理的研究與產(chǎn)業(yè)化中對技術(shù)難點的突破相結(jié)合?!?

劉素琴認(rèn)為,液流電池在長時儲能領(lǐng)域迎來了很好的發(fā)展機(jī)遇;全釩液流儲能在技術(shù)上引領(lǐng)電化學(xué)液流儲能,是目前產(chǎn)業(yè)化最成功的液流技術(shù)路線;電解液成本已成為全釩液流儲能降本的關(guān)鍵,這也對其他液流儲能技術(shù)的發(fā)展起到了促進(jìn)作用。

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關(guān)鍵字:液流電池

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