中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在蘇州香格里拉大酒店圓滿召開，來自中、美、英、德、澳、日、韓等國(guó)家的1400余位嘉賓到場(chǎng)參會(huì)。大會(huì)共邀請(qǐng)140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會(huì)最具價(jià)值的聲音。
大會(huì)期間，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員溫兆銀，在“先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)專場(chǎng)”，以《鈉電池技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。
中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員溫兆銀
溫兆銀：非常感謝組委會(huì)的邀請(qǐng),今天除了鋰電池以外的主要儲(chǔ)能技術(shù)都在這里交流，我也希望鈉電池的技術(shù)能夠得到大家的關(guān)注。
我的報(bào)告主要分為簡(jiǎn)單的背景介紹與鈉電池體系介紹，還有鈉電池的現(xiàn)狀以及我們開展的一些研究工作。我們實(shí)驗(yàn)室除了研究鈉電池還有鋰電池，針對(duì)鋰電池一些前端性方向開展了大量的工作。在鈉電池方面,我們更多關(guān)注的是鈉硫電池、鈉鎳電池。目前我們和很多企業(yè)在合作，包括美國(guó)的Corning還有國(guó)內(nèi)的一些汽車集團(tuán)等。我們?cè)诠虘B(tài)離子學(xué)領(lǐng)域開展工作，就是研究固體物質(zhì)中間離子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一個(gè)領(lǐng)域，固態(tài)離子學(xué)實(shí)際上是包括鋰電池還有更多的電池體系以及燃料電池研究的技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域。這兩天大家一直在討論儲(chǔ)能的問題，儲(chǔ)能應(yīng)用是非常廣泛的，從發(fā)電、配電到輸電到最后用戶，甚至把電動(dòng)汽車都跟儲(chǔ)能結(jié)合起來了。當(dāng)然，儲(chǔ)能非常重要，但是這么多年間，差不多快10年前我們討論智能電網(wǎng)，到現(xiàn)在真正的儲(chǔ)能技術(shù)或者說集中在電化學(xué)儲(chǔ)能上的應(yīng)用體量還是非常有限，甚至碰到很多瓶頸問題。我感覺目前儲(chǔ)能應(yīng)用的突破口實(shí)際上是在可再生能源，是以光伏和風(fēng)力發(fā)電為代表的可再生能源，它們的快速發(fā)展結(jié)合技術(shù)的推動(dòng)。盡管儲(chǔ)能技術(shù)大家都叫得非常響，但是它沒有得到更大規(guī)模的應(yīng)用，有很多因素。鈉電池是非常重要的儲(chǔ)能技術(shù)，這么多的儲(chǔ)能電池和技術(shù)之間鈉電池是非常特殊的一個(gè)群體，所謂的鈉電池其中一定含有鈉元素。也是2015年美國(guó)對(duì)這個(gè)儲(chǔ)能技術(shù)的預(yù)測(cè)，我們看右邊這張圖，他們的預(yù)測(cè)是鋰電池是占據(jù)第一位，第二位是液流電池，還有就是鈉鹽電池，還有我們的鉛酸電池，或者以制氫的形式進(jìn)行儲(chǔ)能也被未來看好。
這個(gè)圖可以在網(wǎng)上搜到，就是全球十大電網(wǎng)級(jí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，我把這三項(xiàng)拉紅了。第一項(xiàng)就是在日本豐前蓄電變電站，這個(gè)規(guī)模是50兆瓦，可以持續(xù)工作60小時(shí)，不僅功率大，而且容量大。在六所村風(fēng)電場(chǎng)這個(gè)36兆瓦，可以連續(xù)工作62小時(shí)。還有加拿大這個(gè)風(fēng)能研究所的鈉鹽電池項(xiàng)目，規(guī)模達(dá)到10兆瓦，這三個(gè)系統(tǒng)都是含有金屬鈉的。過去幾年時(shí)間鈉電池研究也非常熱，其追一個(gè)原因是因?yàn)榻饘黉X的匱乏，或者大家認(rèn)為它的資源有限。所以關(guān)于鈉電池的研究一下子就變得很熱，我們來看看幾種典型的鈉的電池，鈉硫電池已經(jīng)有非常大的市場(chǎng)了，早上大家也聽到介紹了，鈉硫電池目前在全球超過300多兆瓦這樣一個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行，其實(shí)它的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們現(xiàn)在在運(yùn)行的這個(gè)鋰電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)。這個(gè)電池最大的特點(diǎn)是能量密度高、功率密度大、效率高，效率超過85%，甚至接近90%。這個(gè)電池當(dāng)然有它的問題，關(guān)鍵就技術(shù)難度非常大，所以從事這個(gè)電池研究的非常少，另外它有一定的安全隱患。另外來說它相對(duì)成熟，而且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用。還有就是ZEBRA電池，它的優(yōu)點(diǎn)就是安全、能量密度高、效率高，能量密度在120到150。目前技術(shù)的基本成熟，在應(yīng)用的初期。這個(gè)鈉的資源問題是大家非常關(guān)注的，鈉的化合物只是鋁的化合物的幾十分之一。鈉硫電池和鈉氯化物電池的特定是什么呢？就是沒有自放電，另外效率非常高。這兩種電池是我們?cè)诠虘B(tài)離子學(xué)上非常經(jīng)典的兩個(gè)電池體系，這兩個(gè)電池在大容量，特別是鈉氯化物電池的安全性受到特別的關(guān)注。
這是鈉硫電池目前的商業(yè)應(yīng)用情況，目前真正有成熟技術(shù)的還是日本的NGK公司，已經(jīng)有250座以上的電站在運(yùn)行中，年產(chǎn)能150MW，可連續(xù)工作最長(zhǎng)7.2小時(shí)，最大的在運(yùn)行系統(tǒng)為50MW，2020年目標(biāo)是23000日元/KWh。目前這個(gè)在風(fēng)電上最大的體系就是在日本這個(gè)Rokkasho風(fēng)電長(zhǎng)，51MW的風(fēng)電長(zhǎng)，鈉硫電池是34MW，245MWh由172MW電站組成。左下角這張圖就是在它的接入以后使整個(gè)風(fēng)電的輸出得到了非常高水平的穩(wěn)定，這個(gè)風(fēng)電可以說利用價(jià)值就得到了真正的提高。我們國(guó)家目前這個(gè)鈉硫電池研究基本上還集中在東汽和上海電氣，2012年上海電氣成立公司以后進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)，目前達(dá)到10兆瓦級(jí)的示范產(chǎn)業(yè)的規(guī)模。這條線絕大多數(shù)裝備都是我們自己開發(fā)的，這個(gè)公司開發(fā)的5千瓦和25千瓦的模塊，應(yīng)該說這個(gè)模塊目前有比較穩(wěn)定的運(yùn)行，但是這個(gè)模塊離目前大規(guī)模的推廣，從它的價(jià)格來說可能目前還沒有真正的達(dá)到這個(gè)要求。但是從體系運(yùn)行的要求，從模塊的角度來說，目前公司也正在積極的和更多的用戶尋求合作，把這個(gè)鈉硫電池這樣一個(gè)在市場(chǎng)上有良好表現(xiàn)的儲(chǔ)能系統(tǒng)得到很好的應(yīng)用。
這個(gè)電池有特殊的安全性，可以說是目前非常少見的沒有安全隱患的，它在水下的再生系統(tǒng)中間成為勞斯萊斯選擇的唯一動(dòng)力源。前年美國(guó)的GE公司的工廠在美國(guó)紐約的工廠基本上停產(chǎn)，因?yàn)樗某杀镜葐栴}。所以他們尋求能夠到一些低成本的國(guó)家進(jìn)行生產(chǎn)。今年1月18號(hào)我們國(guó)家超威集團(tuán)和美國(guó)通用電氣公司正式簽定協(xié)議，大家也知道超威集團(tuán)是連續(xù)4年中國(guó)電池產(chǎn)值最高的公司，今年1月18號(hào)和他們正式簽約。我們國(guó)內(nèi)這個(gè)硅酸研究所也和國(guó)內(nèi)的一些公司合作，目前也在進(jìn)行工程化的推進(jìn)，也在為這個(gè)電池真正走向?qū)嵱没谂Α＿@個(gè)電池主要的問題，當(dāng)然安全性是它的核心優(yōu)勢(shì)，它可以實(shí)現(xiàn)大容量，甚至功率也是比較大的。我們?cè)谘芯窟^程中就發(fā)現(xiàn)我們真正要能夠讓這個(gè)電池更進(jìn)一步的提升性能，我們可以從幾個(gè)方面進(jìn)行開展研究工作，一個(gè)就是活性物質(zhì)。這個(gè)電池目前國(guó)內(nèi)預(yù)算的壽命是15年，可以循環(huán)4500次以上，可以用到15年以上。我們通過對(duì)活性物質(zhì)鎳進(jìn)行包裹的技術(shù)，這個(gè)電池主要是在循環(huán)性能上得到了大幅度提升，其中核心的就是抑制了它核心物質(zhì)的長(zhǎng)大。其實(shí)在鋰電池中間我們知道全固態(tài)是我們的發(fā)展方向，每個(gè)公司應(yīng)用的體系都有所不同。剛才提到這個(gè)空氣電池，因?yàn)檫@是新的電池體系。有人認(rèn)為鋰空氣是未來電池的終極，因?yàn)樗蟮娜萘?。這個(gè)鈉空氣有更多的產(chǎn)物能夠穩(wěn)定存在，所以鈉空氣電池的穩(wěn)定性或者是壽命，我們可以預(yù)期它比這個(gè)鋰電空氣更長(zhǎng)。因?yàn)樗姆磻?yīng)產(chǎn)物是固態(tài)的，在這個(gè)空氣電極中間最終可能會(huì)使我們這的電極被堵塞，在鈉氧氣電池或者是鈉空氣電池中間也同樣，我們?nèi)绻麤]有一個(gè)合理的設(shè)計(jì)的話它很快就會(huì)終結(jié)壽命。因?yàn)槭┑难芯糠浅幔驗(yàn)樗男阅芊浅Ｌ厥?，氮摻雜的石墨烯也非常多了，在這種情況下我們可以實(shí)現(xiàn)100次在現(xiàn)有情況下穩(wěn)定的循環(huán)。如果我們能夠沉積到這個(gè)石墨烯上，這個(gè)膜非常均勻的以1到2個(gè)納米這么細(xì)小的顆粒沉積上去。最終來看看我們的反應(yīng)產(chǎn)物，最終我們能實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)穩(wěn)定有效的循環(huán)，前提就是我的產(chǎn)物要能夠最均勻的同時(shí)以納米的形式沉積。因?yàn)闀r(shí)間的關(guān)系，我也希望大家更多的關(guān)注鈉電池，因?yàn)檎娴挠幸惶熹嚨馁Y源匱乏的時(shí)候發(fā)揮鈉電池各自的優(yōu)勢(shì)。所以我對(duì)鈉電池的一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)就是說目前鈉電池也是儲(chǔ)能電池研究的熱點(diǎn)方向之一，其中鈉硫電池表現(xiàn)了很好的市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀，前景也可以說是良好的。鈉鎳電池是重要的儲(chǔ)能技術(shù)，因?yàn)樗叨鹊陌踩?，未來前景良好。鈉離子電池也是目前研究的熱點(diǎn)，希望它將來能夠真正成為鋰離子的替代品。我就先講到這里，謝謝大家。
（本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄音整理，未經(jīng)本人審核）
