中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國國際儲(chǔ)能大會(huì)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(huì)。大會(huì)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(diǎn)話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國儲(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，恩力能源首席技術(shù)官車勇先生在“先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)專場”，以《水系離子電池技術(shù)及應(yīng)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(shù)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(yù)計(jì)，儲(chǔ)能在2020年將是達(dá)到一個(gè)萬億的市場。我們也相信隨著光伏和風(fēng)能在中國成為一個(gè)裝機(jī)量最大的國度，未來儲(chǔ)能在2025年預(yù)計(jì)我們將是儲(chǔ)能的第一大國。這個(gè)會(huì)上也有很多來自光伏行業(yè)的同仁，大家都說你們這個(gè)儲(chǔ)能已經(jīng)喊了很多年了，到底真實(shí)的市場在哪里。剛才溫老師介紹了十大儲(chǔ)能項(xiàng)目，我覺得日本做的比較早，利用鈉硫電池做了很多實(shí)際的應(yīng)用。我這里羅列了一些最近的大的項(xiàng)目，比如說去年8月份在英國有一個(gè)500兆瓦時(shí)級(jí)別的用于發(fā)電站調(diào)頻，這個(gè)是相當(dāng)大的規(guī)模。南澳在今年的3月份有400兆瓦時(shí)的一個(gè)項(xiàng)目，下面這個(gè)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(gè)80兆瓦時(shí)的電站儲(chǔ)能項(xiàng)目，用于峰值需求的補(bǔ)給。這些應(yīng)用基本上用的都是鋰離子電池，就是說我們這個(gè)市場在哪里，漸漸的可以看到一些比較實(shí)際的項(xiàng)目在世界各地展開。另外就是有一個(gè)比較潛在的—德國最早推廣光伏應(yīng)用，應(yīng)該是領(lǐng)先的一個(gè)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(bǔ)貼在2020年將會(huì)結(jié)束。有很多戶用型的光伏需要儲(chǔ)能的設(shè)備來滿足，需求至少是30個(gè)GWh，這些都是儲(chǔ)能行業(yè)的同仁認(rèn)為這個(gè)市場的爆發(fā)在即的原因。
在這次會(huì)議上，大家都是從比較廣義的角度來看儲(chǔ)能，那邊的會(huì)場還有動(dòng)力電池。廣義的說，儲(chǔ)能就是把能量給放在一個(gè)小的空間里面存起來，是從最早移動(dòng)通訊開始，鋰離子電池的應(yīng)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(dòng)通訊市場驅(qū)動(dòng)鋰離子電池的高速發(fā)展?，F(xiàn)在從通訊發(fā)展到動(dòng)力車，每一個(gè)電池或者每一臺(tái)車的使用量是以幾十度為單位的，和早期我們手機(jī)里面用的這個(gè)電池的量完全不同。再接下來這種儲(chǔ)能應(yīng)用就發(fā)展到了兆瓦級(jí)，甚至是上百兆瓦級(jí)。最大的不同就是，通常我們是有一個(gè)技術(shù)、有了一個(gè)電池，再找它的應(yīng)用，是用在車上還是用在儲(chǔ)能。往往實(shí)際上當(dāng)儲(chǔ)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(shù)適合于各種各樣不同的儲(chǔ)能，應(yīng)用方式、場景也各不相同。儲(chǔ)能里面還有細(xì)分的不同的應(yīng)用場景，就是哪一類的電池是更適合于不同場景的儲(chǔ)能應(yīng)用，這是另外一種思維，不是說我有了一種技術(shù)怎么來用，而是說有了這樣的使用之后應(yīng)該怎么去設(shè)計(jì)這個(gè)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(gè)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(yīng)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(dòng)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(gè)這種課題，或者每一個(gè)這種性能都要有一些相應(yīng)的不同的手段。但這個(gè)問題就是說你要想實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在單位成本，這個(gè)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(huì)降低，同時(shí)安全隱患也許會(huì)加大。這個(gè)里面就是說這些個(gè)特性要同時(shí)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)很具有挑戰(zhàn)。今天上午在另外一個(gè)會(huì)議室，河南電科院的一位老師講的非常好，是有關(guān)鋰離子電池的梯次利用。我們聽上去就是說隨著這個(gè)電池規(guī)模的越來越大，要從我們說的這個(gè)車用電池如果再擴(kuò)展到儲(chǔ)能用的電池的話，這個(gè)電池的規(guī)模越來越多，未來肯定你要對環(huán)境負(fù)責(zé)，環(huán)保也好還是這個(gè)可持續(xù)性也好，這個(gè)電池用過了以后怎么辦？這個(gè)可能是一開始就需要考慮的問題。梯次運(yùn)用有很多復(fù)雜的因素，就是在安全的環(huán)境下怎么能夠有效的、有價(jià)值的回收鋰離子電池還是一個(gè)很大的難題。
我們這里所提供的一個(gè)方案，應(yīng)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(jī)項(xiàng)改成鹽水。最前面的這個(gè)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(gè)特性，你要在一個(gè)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(chǔ)能這么一個(gè)特殊的應(yīng)用，就是說不用搬著這個(gè)電池跑來跑去，我先把這個(gè)能量密度和功率密度如果說是用于太陽能這種光伏的運(yùn)用，應(yīng)該說這個(gè)功率密度也不是非常重要，如果把這兩個(gè)東西暫時(shí)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(gè)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(jià)值，就是收回來還可以用，它有價(jià)值，不是說要花很多錢、很多成本去回收。就是說在早期的設(shè)計(jì)上就做到回收起來非常容易。這個(gè)水系離子電池也不是憑空冒出來的一個(gè)東西，也有長期研發(fā)的歷史，最早可以追溯到1994年。這個(gè)研發(fā)從那個(gè)時(shí)候開始就持續(xù)不斷，一直到最近為止都有這個(gè)水系離子電池的研發(fā)，但是這個(gè)產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程比較滯后。如果去查鋰離子電池的專利，估計(jì)可以查出上十萬件，但是要查這個(gè)水系離子電池的專利的話還真不多。最早是由于這個(gè)加拿大的著名的鋰離子電池的科學(xué)家申請了這個(gè)方面第一個(gè)專利，是1995年，這個(gè)專利已經(jīng)過了20年，已經(jīng)過期了。后面在2005年由復(fù)旦大學(xué)的兩位教授發(fā)了一個(gè)專利，這個(gè)也比較早。接下來是在美國的CMU，這個(gè)大學(xué)的教授也發(fā)了專利，在中國和美國都申請了專利。這個(gè)大學(xué)的教授得到了比爾蓋茨和KPCB著名的風(fēng)投投資，并在美國進(jìn)行了水系電池的產(chǎn)業(yè)化。恩力能源是跟復(fù)旦大學(xué)的夏教授、王永剛教授合作，我們現(xiàn)在是一種合作關(guān)系，并在2005年從復(fù)旦大學(xué)獲得獨(dú)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(gè)電池做穩(wěn)定，這里面最大的一個(gè)挑戰(zhàn)就是“水”。有過電化學(xué)背景的人都了解，這個(gè)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(fù)級(jí)材料。現(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(diǎn)是你要在這個(gè)中性的水里面找到電堆，正好卡在這個(gè)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(shù)的發(fā)展，這個(gè)事情也是可能實(shí)現(xiàn)的。就是說不單是要找到這個(gè)材料，還是非常廉價(jià)的材料，還要解決腐蝕的問題。另外現(xiàn)在這個(gè)負(fù)極材料是很關(guān)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(shè)備、工藝也不可能現(xiàn)成的可以買到，需要從工藝和設(shè)備的開發(fā)同時(shí)一起來做這件事情。恩力能源經(jīng)過了接近5年的技術(shù)攻關(guān)，現(xiàn)在應(yīng)該說我們認(rèn)為我們解決了這一系列的問題，2017年我們將進(jìn)入量產(chǎn)階段。
剛才我提到這個(gè)回收，回收這個(gè)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(shí)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(jià)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(gè)回收原材料里面有價(jià)值。我們這個(gè)體系里面最主要的可以值得回收的材料，這個(gè)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(gè)金屬經(jīng)過長時(shí)間使用以后防腐層下降，要把這個(gè)銹去掉之后再保護(hù)起來。另外是電極材料，我們這個(gè)本身是氧化物，簡單的說就是打打碎、分一分再燒一燒應(yīng)該就可以再用了。我認(rèn)為這種電池的設(shè)計(jì)，上午的鋰離子電池還說到誰是這個(gè)舊的電池的負(fù)責(zé)人或者主體。我們認(rèn)為我們這種電池如果賣出去的話，很想把這個(gè)電池自己收回來。如果10年之后這個(gè)電池不能用了，或者多少年以后這個(gè)電池不能用了，我愿意把它收回來，因?yàn)樗锩孢€有價(jià)值。這個(gè)是我們的一個(gè)單體電芯，大概充放電曲線是這么一個(gè)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(gè)3000次的循環(huán)。經(jīng)過兩年的努力，我們現(xiàn)在的電池會(huì)比這個(gè)有很大的提升。
這個(gè)是我們這個(gè)電池的技術(shù)性能和在美國有這么一家同行，他們算是在這個(gè)行業(yè)里面的一個(gè)先行者，比我們提早了三五年開始了這個(gè)產(chǎn)業(yè)化。我們跟他們的電池技術(shù)指標(biāo)從能量密度到倍率和循環(huán)壽命，可以說在各個(gè)方面目前在電芯層次上的水平都超過它。我們電芯的設(shè)計(jì)是模塊式，可以從這么兩個(gè)單電芯的串聯(lián)可以繼續(xù)串出一個(gè)48V的模塊。這個(gè)像搭積木一樣，一個(gè)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(bǔ)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(bǔ)貼就停了，日本也會(huì)跟著學(xué)。另外是他們會(huì)補(bǔ)貼儲(chǔ)能，你可以自發(fā)自用。比如美國這種地方有地下室，堆點(diǎn)電池也有這個(gè)空間。因?yàn)槲覀冸姵氐亩贪迨潜容^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(yīng)用是一種場景。還有就是商業(yè)應(yīng)用，再接下來做的更大一點(diǎn)就是微網(wǎng)應(yīng)用。
就是說我們做的這個(gè)水系離子電池，可以用電鉆打進(jìn)去把里面的水放出來，它還會(huì)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(guān)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(fù)，當(dāng)這個(gè)電池出現(xiàn)問題的時(shí)候我們可以讓它中途再活過來。如果是一個(gè)開放的體系的話，水系電池都可以有機(jī)會(huì)讓它再活過來，即使是死了也可以回收，我們有專利的保護(hù)。恩力能源是一個(gè)創(chuàng)業(yè)型的初創(chuàng)企業(yè)，最近清華大學(xué)戰(zhàn)略入股了恩力能源，現(xiàn)在恩力能源和物理所、復(fù)旦、中科大一系列的國家隊(duì)一起承建了十三五的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的智能電網(wǎng)技術(shù)與裝置的鈉基儲(chǔ)能電池項(xiàng)目。另外恩力和清華大學(xué)一起組建這個(gè)儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)研究院，在這個(gè)研究院里面是要做儲(chǔ)能這個(gè)行業(yè)，所以不排斥任何電池，這個(gè)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(xué)材料系，東京工業(yè)大學(xué)電化學(xué)專業(yè)博士學(xué)位。先后在日本旭硝子、豐田集團(tuán)北美研究院等工作15年，分別擔(dān)任電池研發(fā)帶頭人、資深經(jīng)理。
在世界各地?fù)碛?6項(xiàng)發(fā)明專利（19項(xiàng)已被授權(quán)）。其中，“用超快激光制造薄膜電池”的專利被英國《金融時(shí)報(bào)》評(píng)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(shù)官。
