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大酒店圓滿召開，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，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員溫兆銀，在“先進儲能技術(shù)專場”，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：非常感謝組委會的邀請,今天除了鋰電池以外的主要儲能技術(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。
我的報告主要分為簡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。我們實驗室除了研究鈉電池還有鋰電池，針對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，包括美國的Corning還有國內(nèi)的一些汽車集團等。我們在固態(tài)離子學(xué)領(lǐng)域開展工作，就是研究固體物質(zhì)中間離子運動規(guī)律的一個領(lǐng)域，固態(tài)離子學(xué)實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能的問題，儲能應(yīng)用是非常廣泛的，從發(fā)電、配電到輸電到最后用戶，甚至把電動汽車都跟儲能結(jié)合起來了。當然，儲能非常重要，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)在真正的儲能技術(shù)或者說集中在電化學(xué)儲能上的應(yīng)用體量還是非常有限，甚至碰到很多瓶頸問題。我感覺目前儲能應(yīng)用的突破口實際上是在可再生能源，是以光伏和風力發(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。盡管儲能技術(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能技術(shù)，這么多的儲能電池和技術(shù)之間鈉電池是非常特殊的一個群體，所謂的鈉電池其中一定含有鈉元素。也是2015年美國對這個儲能技術(shù)的預(yù)測，我們看右邊這張圖，他們的預(yù)測是鋰電池是占據(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行儲能也被未來看好。
這個圖可以在網(wǎng)上搜到，就是全球十大電網(wǎng)級電池儲能系統(tǒng)，我把這三項拉紅了。第一項就是在日本豐前蓄電變電站，這個規(guī)模是50兆瓦，可以持續(xù)工作60小時，不僅功率大，而且容量大。在六所村風電場這個36兆瓦，可以連續(xù)工作62小時。還有加拿大這個風能研究所的鈉鹽電池項目，規(guī)模達到10兆瓦，這三個系統(tǒng)都是含有金屬鈉的。過去幾年時間鈉電池研究也非常熱，其追一個原因是因為金屬鋁的匱乏，或者大家認為它的資源有限。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多兆瓦這樣一個系統(tǒng)在運行，其實它的能量遠遠大于我們現(xiàn)在在運行的這個鋰電池的儲能系統(tǒng)。這個電池最大的特點是能量密度高、功率密度大、效率高，效率超過85%，甚至接近90%。這個電池當然有它的問題，關(guān)鍵就技術(shù)難度非常大，所以從事這個電池研究的非常少，另外它有一定的安全隱患。另外來說它相對成熟，而且已經(jīng)實現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用。還有就是ZEBRA電池，它的優(yōu)點就是安全、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。這兩種電池是我們在固態(tài)離子學(xué)上非常經(jīng)典的兩個電池體系，這兩個電池在大容量，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座以上的電站在運行中，年產(chǎn)能150MW，可連續(xù)工作最長7.2小時，最大的在運行系統(tǒng)為50MW，2020年目標是23000日元/KWh。目前這個在風電上最大的體系就是在日本這個Rokkasho風電長，51MW的風電長，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風電的輸出得到了非常高水平的穩(wěn)定，這個風電可以說利用價值就得到了真正的提高。我們國家目前這個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行產(chǎn)業(yè)化的推進，目前達到10兆瓦級的示范產(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，這個公司開發(fā)的5千瓦和25千瓦的模塊，應(yīng)該說這個模塊目前有比較穩(wěn)定的運行，但是這個模塊離目前大規(guī)模的推廣，從它的價格來說可能目前還沒有真正的達到這個要求。但是從體系運行的要求，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，把這個鈉硫電池這樣一個在市場上有良好表現(xiàn)的儲能系統(tǒng)得到很好的應(yīng)用。
這個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力源。前年美國的GE公司的工廠在美國紐約的工廠基本上停產(chǎn)，因為它的成本等問題。所以他們尋求能夠到一些低成本的國家進行生產(chǎn)。今年1月18號我們國家超威集團和美國通用電氣公司正式簽定協(xié)議，大家也知道超威集團是連續(xù)4年中國電池產(chǎn)值最高的公司，今年1月18號和他們正式簽約。我們國內(nèi)這個硅酸研究所也和國內(nèi)的一些公司合作，目前也在進行工程化的推進，也在為這個電池真正走向?qū)嵱没谂?。這個電池主要的問題，當然安全性是它的核心優(yōu)勢，它可以實現(xiàn)大容量，甚至功率也是比較大的。我們在研究過程中就發(fā)現(xiàn)我們真正要能夠讓這個電池更進一步的提升性能，我們可以從幾個方面進行開展研究工作，一個就是活性物質(zhì)。這個電池目前國內(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。我們通過對活性物質(zhì)鎳進行包裹的技術(shù)，這個電池主要是在循環(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)的長大。其實在鋰電池中間我們知道全固態(tài)是我們的發(fā)展方向，每個公司應(yīng)用的體系都有所不同。剛才提到這個空氣電池，因為這是新的電池體系。有人認為鋰空氣是未來電池的終極，因為它超大的容量。這個鈉空氣有更多的產(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)期它比這個鋰電空氣更長。因為它的反應(yīng)產(chǎn)物是固態(tài)的，在這個空氣電極中間最終可能會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]有一個合理的設(shè)計的話它很快就會終結(jié)壽命。因為石墨烯的研究非常熱，因為它的性能非常特殊，氮摻雜的石墨烯也非常多了，在這種情況下我們可以實現(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石墨烯上，這個膜非常均勻的以1到2個納米這么細小的顆粒沉積上去。最終來看看我們的反應(yīng)產(chǎn)物，最終我們能實現(xiàn)這樣一個穩(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以納米的形式沉積。因為時間的關(guān)系，我也希望大家更多的關(guān)注鈉電池，因為真的有一天鋰的資源匱乏的時候發(fā)揮鈉電池各自的優(yōu)勢。所以我對鈉電池的一個簡單的總結(jié)就是說目前鈉電池也是儲能電池研究的熱點方向之一，其中鈉硫電池表現(xiàn)了很好的市場應(yīng)用現(xiàn)狀，前景也可以說是良好的。鈉鎳電池是重要的儲能技術(shù)，因為它高度的安全性，未來前景良好。鈉離子電池也是目前研究的熱點，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)場錄音整理，未經(jīng)本人審核）
