中國儲能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國國際儲能大會在蘇州香格里拉酒店圓滿召開，來自中、美、英、德、澳、日、韓等國家的1400余位嘉賓到場參會。大會共邀請140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國儲能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會最具價值的聲音。
大會期間，恩力能源首席技術官車勇先生在“先進儲能技術專場”，以《水系離子電池技術及應用》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。
恩力能源副總裁兼首席技術官 車勇
車勇：大家下午好，我是恩力能源的車勇。根據(jù)麥肯錫預計，儲能在2020年將是達到一個萬億的市場。我們也相信隨著光伏和風能在中國成為一個裝機量最大的國度，未來儲能在2025年預計我們將是儲能的第一大國。這個會上也有很多來自光伏行業(yè)的同仁，大家都說你們這個儲能已經(jīng)喊了很多年了，到底真實的市場在哪里。剛才溫老師介紹了十大儲能項目，我覺得日本做的比較早，利用鈉硫電池做了很多實際的應用。我這里羅列了一些最近的大的項目，比如說去年8月份在英國有一個500兆瓦時級別的用于發(fā)電站調頻，這個是相當大的規(guī)模。南澳在今年的3月份有400兆瓦時的一個項目，下面這個是位于美國加州的特斯拉鋰電廠，第一批產(chǎn)品沒有用到車上，而是用到了一個80兆瓦時的電站儲能項目，用于峰值需求的補給。這些應用基本上用的都是鋰離子電池，就是說我們這個市場在哪里，漸漸的可以看到一些比較實際的項目在世界各地展開。另外就是有一個比較潛在的—德國最早推廣光伏應用，應該是領先的一個國家，他們在戶用光伏方面的普及率非常高，但是德國政府給予的補貼在2020年將會結束。有很多戶用型的光伏需要儲能的設備來滿足，需求至少是30個GWh，這些都是儲能行業(yè)的同仁認為這個市場的爆發(fā)在即的原因。
在這次會議上，大家都是從比較廣義的角度來看儲能，那邊的會場還有動力電池。廣義的說，儲能就是把能量給放在一個小的空間里面存起來，是從最早移動通訊開始，鋰離子電池的應用從1991年索尼最早做出一款圓柱形電池以后，首先在筆記本電腦這些市場，就是移動通訊市場驅動鋰離子電池的高速發(fā)展?，F(xiàn)在從通訊發(fā)展到動力車，每一個電池或者每一臺車的使用量是以幾十度為單位的，和早期我們手機里面用的這個電池的量完全不同。再接下來這種儲能應用就發(fā)展到了兆瓦級，甚至是上百兆瓦級。最大的不同就是，通常我們是有一個技術、有了一個電池，再找它的應用，是用在車上還是用在儲能。往往實際上當儲能要用電池這件事情出現(xiàn)了以后，也讓我們來重新思考，就是說不同的技術適合于各種各樣不同的儲能，應用方式、場景也各不相同。儲能里面還有細分的不同的應用場景，就是哪一類的電池是更適合于不同場景的儲能應用，這是另外一種思維，不是說我有了一種技術怎么來用，而是說有了這樣的使用之后應該怎么去設計這個電池。我本人從90年代開始從事電池行業(yè)，也是先從鋰離子電池開始，所以還是先從鋰電池說這個事。鋰離子電池已經(jīng)是收獲了非常大的商業(yè)成功了，過去20多年，去年的產(chǎn)值是300億美元的規(guī)模，不同的應用加起來300億美元。鋰離子電池還要繼續(xù)發(fā)展，要解決比如說在動力電池上能量密度的問題，要充電快，要提高功率，還要解決安全性。每一個這種課題，或者每一個這種性能都要有一些相應的不同的手段。但這個問題就是說你要想實現(xiàn)現(xiàn)在單位成本，這個度電成本的下降，需要提高能量密度。但是提高能量密度以后循環(huán)壽命會降低，同時安全隱患也許會加大。這個里面就是說這些個特性要同時實現(xiàn)，這個很具有挑戰(zhàn)。今天上午在另外一個會議室，河南電科院的一位老師講的非常好，是有關鋰離子電池的梯次利用。我們聽上去就是說隨著這個電池規(guī)模的越來越大，要從我們說的這個車用電池如果再擴展到儲能用的電池的話，這個電池的規(guī)模越來越多，未來肯定你要對環(huán)境負責，環(huán)保也好還是這個可持續(xù)性也好，這個電池用過了以后怎么辦？這個可能是一開始就需要考慮的問題。梯次運用有很多復雜的因素，就是在安全的環(huán)境下怎么能夠有效的、有價值的回收鋰離子電池還是一個很大的難題。
我們這里所提供的一個方案，應該說是方案之一，就是這次我要介紹的水系離子電池，也俗稱為鹽水電池。最大的區(qū)別就是把易燃易爆的電解液從有機項改成鹽水。最前面的這個能量密度和功率密度通過這種鹽水電池，簡單來說就是犧牲了這兩個特性，你要在一個電池里面把剛才這些特性全部做到的話非常具有挑戰(zhàn)。就是說基于儲能這么一個特殊的應用，就是說不用搬著這個電池跑來跑去，我先把這個能量密度和功率密度如果說是用于太陽能這種光伏的運用，應該說這個功率密度也不是非常重要，如果把這兩個東西暫時犧牲一下，我比較極致的來追求安全性、循環(huán)、成本以及可持續(xù)性，就是所謂的回收利用，在材料的選擇上選擇非常低的成本，在工藝上也在一個比較開放的環(huán)境里面，可以低成本的生產(chǎn)。最后就是我們希望這些材料有它的回收價值，就是收回來還可以用，它有價值，不是說要花很多錢、很多成本去回收。就是說在早期的設計上就做到回收起來非常容易。這個水系離子電池也不是憑空冒出來的一個東西，也有長期研發(fā)的歷史，最早可以追溯到1994年。這個研發(fā)從那個時候開始就持續(xù)不斷，一直到最近為止都有這個水系離子電池的研發(fā)，但是這個產(chǎn)業(yè)化的進程比較滯后。如果去查鋰離子電池的專利，估計可以查出上十萬件，但是要查這個水系離子電池的專利的話還真不多。最早是由于這個加拿大的著名的鋰離子電池的科學家申請了這個方面第一個專利，是1995年，這個專利已經(jīng)過了20年，已經(jīng)過期了。后面在2005年由復旦大學的兩位教授發(fā)了一個專利，這個也比較早。接下來是在美國的CMU，這個大學的教授也發(fā)了專利，在中國和美國都申請了專利。這個大學的教授得到了比爾蓋茨和KPCB著名的風投投資，并在美國進行了水系電池的產(chǎn)業(yè)化。恩力能源是跟復旦大學的夏教授、王永剛教授合作，我們現(xiàn)在是一種合作關系，并在2005年從復旦大學獲得獨家專利，然后開始了研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的道路。
在水系里面要把這個電池做穩(wěn)定，這里面最大的一個挑戰(zhàn)就是“水”。有過電化學背景的人都了解，這個超過了1.23V就要分解，不可能像鋰離子電池一樣做到3.7V或者說更高的電壓，它曲線在了你要選擇合適的這種正負級材料?，F(xiàn)在市面上所有的這種鉛酸和鎳氫、鎳鐵等等這一類的電池廣義上來說也是叫水系電池，反正要么是酸要么是堿，市場上還沒有在中性水里面的電池，至少還沒有產(chǎn)業(yè)化。它的難點是你要在這個中性的水里面找到電堆，正好卡在這個水分解的窗口里面，而且可以循環(huán)，我覺得這是一件挑戰(zhàn)的事情。隨著現(xiàn)在材料技術的發(fā)展，這個事情也是可能實現(xiàn)的。就是說不單是要找到這個材料，還是非常廉價的材料，還要解決腐蝕的問題。另外現(xiàn)在這個負極材料是很關鍵的，你要找到適合在中性水系里面穩(wěn)定循環(huán)的，還有一定比容量。同樣新的電池都面臨同樣的挑戰(zhàn)，就是說你的生產(chǎn)設備、工藝也不可能現(xiàn)成的可以買到，需要從工藝和設備的開發(fā)同時一起來做這件事情。恩力能源經(jīng)過了接近5年的技術攻關，現(xiàn)在應該說我們認為我們解決了這一系列的問題，2017年我們將進入量產(chǎn)階段。
剛才我提到這個回收，回收這個事情我覺得鉛酸電池和鎳氫電池這一類的廣義的水系電池是可以實現(xiàn)材料的回收再利用，而且回收再利用這件事情本身是有價值的。剛才說鋰離子電池要投入成本去回收或者去處理，基本這個回收原材料里面有價值。我們這個體系里面最主要的可以值得回收的材料，這個殼體形式上看上去和鉛酸的差不多，都是可以粉碎再利用。另外就是集流體，這是經(jīng)過防腐處理的金屬，這個金屬經(jīng)過長時間使用以后防腐層下降，要把這個銹去掉之后再保護起來。另外是電極材料，我們這個本身是氧化物，簡單的說就是打打碎、分一分再燒一燒應該就可以再用了。我認為這種電池的設計，上午的鋰離子電池還說到誰是這個舊的電池的負責人或者主體。我們認為我們這種電池如果賣出去的話，很想把這個電池自己收回來。如果10年之后這個電池不能用了，或者多少年以后這個電池不能用了，我愿意把它收回來，因為它里面還有價值。這個是我們的一個單體電芯，大概充放電曲線是這么一個形象，跑了接近2年的電池，現(xiàn)在跑了3千次，也在衰減。這是兩年前的水平，它是一個3000次的循環(huán)。經(jīng)過兩年的努力，我們現(xiàn)在的電池會比這個有很大的提升。
這個是我們這個電池的技術性能和在美國有這么一家同行，他們算是在這個行業(yè)里面的一個先行者，比我們提早了三五年開始了這個產(chǎn)業(yè)化。我們跟他們的電池技術指標從能量密度到倍率和循環(huán)壽命，可以說在各個方面目前在電芯層次上的水平都超過它。我們電芯的設計是模塊式，可以從這么兩個單電芯的串聯(lián)可以繼續(xù)串出一個48V的模塊。這個像搭積木一樣，一個靈活的堆砌。國外有住這些別墅的家庭，比如說德國、日本、美國、他們的屋頂很多都已經(jīng)鋪上光伏了，早期是靠國家的補貼，然后賣電。一邊賣電一邊從電網(wǎng)買電。這種方式德國2020年就停了，這種補貼就停了，日本也會跟著學。另外是他們會補貼儲能，你可以自發(fā)自用。比如美國這種地方有地下室，堆點電池也有這個空間。因為我們電池的短板是比較大，如果你有地方可以放下的話它是比較安全和環(huán)保的東西，這種家庭應用是一種場景。還有就是商業(yè)應用，再接下來做的更大一點就是微網(wǎng)應用。
就是說我們做的這個水系離子電池，可以用電鉆打進去把里面的水放出來，它還會繼續(xù)的工作，不存在安全問題。它不僅可以長壽命、低成本，最關鍵的是我們還可以回收。恩力能源申請了電池的再現(xiàn)修復，當這個電池出現(xiàn)問題的時候我們可以讓它中途再活過來。如果是一個開放的體系的話，水系電池都可以有機會讓它再活過來，即使是死了也可以回收，我們有專利的保護。恩力能源是一個創(chuàng)業(yè)型的初創(chuàng)企業(yè)，最近清華大學戰(zhàn)略入股了恩力能源，現(xiàn)在恩力能源和物理所、復旦、中科大一系列的國家隊一起承建了十三五的國家重點研發(fā)計劃的智能電網(wǎng)技術與裝置的鈉基儲能電池項目。另外恩力和清華大學一起組建這個儲能技術產(chǎn)業(yè)研究院，在這個研究院里面是要做儲能這個行業(yè)，所以不排斥任何電池，這個里面有鋰離子電池，有鉛酸電池也有我們的水系電池，歡迎大家一起參與到我們這里。謝謝大家。
（本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理，未經(jīng)本人審核）
發(fā)言人簡介：
車勇，恩力能源聯(lián)合創(chuàng)始人。本科畢業(yè)于北京航空航天大學材料系，東京工業(yè)大學電化學專業(yè)博士學位。先后在日本旭硝子、豐田集團北美研究院等工作15年，分別擔任電池研發(fā)帶頭人、資深經(jīng)理。
在世界各地擁有66項發(fā)明專利（19項已被授權）。其中，“用超快激光制造薄膜電池”的專利被英國《金融時報》評為電池行業(yè)近40年（自1970年）為數(shù)不多的最杰出發(fā)明之一。
現(xiàn)任恩力能源副總裁兼首席技術官。
