中國儲能網(wǎng)訊：9月24—26日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會聯(lián)合200余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十屆中國國際儲能大會在深圳鵬瑞萊佛士酒店召開。此次大會主題是“共建儲能生態(tài)鏈，開啟應(yīng)用新時(shí)代”。 來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的1621人參加了本屆大會。本次大會由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會、中國科學(xué)院電工研究所儲能技術(shù)組和中國儲能網(wǎng)聯(lián)合承辦。
在25日下午的“新型儲能技術(shù)及應(yīng)用 ”專場，南京工業(yè)大學(xué)教授吳宇平分享了主題報(bào)告《高安全電化學(xué)儲能體系的探索》。會務(wù)組對發(fā)言人的演講速記做了梳理，方便大家會后交流、學(xué)習(xí)，以下是速記全文：
吳宇平：大家下午好。
這是我們實(shí)驗(yàn)室的愿景，我們希望知識可以解決能源和法律方面的問題，享受生活。我們南京工業(yè)大學(xué)工科比較強(qiáng)，希望能夠?yàn)樯鐣囵B(yǎng)人才。
這是我們團(tuán)隊(duì)，目前我們團(tuán)隊(duì)有5個(gè)教授、4個(gè)副教授和6個(gè)講師。算是儲能方面比較大的團(tuán)隊(duì)，我們也有機(jī)會跟企業(yè)交流合作，積極共同作一些事情。
大家對鋰電池非常熟悉。但是為什么有鋰電池？要了解為什么有鋰電池的原因，就必須不僅知其然，更要知其所以然。
1800年伏特發(fā)明了電池，拿破侖非常高興，所以把伏特這個(gè)小老百姓一下變成貴族，這也是電化學(xué)史上第一個(gè)從平民到貴族。當(dāng)時(shí)采用水溶液體系，就如同人類的起源一樣，電池也是起源于水。
為了提高電池的能量密度，必須采用新的負(fù)極材料。二氧化錳等正極材料在水里非常穩(wěn)定，但是鋰比較活潑，如同火一樣，容易燒起來。二氧化錳在水里非常穩(wěn)定。我們知道水火不相容，這種電池作不出來的。如果我們把水換成容易燃燒的有機(jī)電解液，有機(jī)電解液屬于火的屬性，這樣就可以相容了，得到了高能量密度的鋰電池。但是，電池就像人一樣，火氣旺的時(shí)候需要把火氣的問題一步步解決。把鋰電池火氣旺的過程一步一步解決，就得到了容量高的鋰電池。
1994年我們在國內(nèi)比較早地就開展了鋰電池材料的研發(fā)，例如改性天然石墨是國內(nèi)第一款循環(huán)壽命超過500次的天然石墨負(fù)極，我們也作了三元材料，并且避開了3M公司知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。為了解決鋰電池火氣旺的問題，讓它火氣沒那么旺，我們加入了阻燃劑，取得了良好的效果。
小電池的火氣解決了，電池大了以后，同樣有火氣旺的問題，包括特斯拉也解決不了自燃的問題。鈦酸鋰很安全，但還是會燒。最大的問題是為什么燒？我們可以從為什么有鋰電池的過程找到答案。把電解液換成了易燃的東西，因此有了鋰電池，正是因?yàn)檫@個(gè)易燃的有機(jī)電解質(zhì)，才有了安全的問題。前面嘉賓提到加入磷酸錳鐵鋰也可以提高安全性，核心安全是什么？易燃的隔膜和電解液。日本豐田研究所的研究結(jié)果表明，如果液體鋰電池產(chǎn)生的能量是100%，固態(tài)鋰電池則只有20-30%ALIB，甚至降低到16%。說明核心的安全問題來自于電解液。鋰電池的市場很大，怎么辦？為了進(jìn)一步提高安全，能否把電解液跟隔膜連接在一起。結(jié)果表明，凝膠隔膜是個(gè)有效的解決方案。2003年開始凝膠隔膜的研發(fā)，包括制備方法、孔隙率的控制、復(fù)合材料。例如與玻璃纖維氈、無紡布和纖維素的復(fù)合，我們均是世界上最先報(bào)道的。
凝膠隔膜的鋰離子導(dǎo)電率與液體電解液在傳統(tǒng)隔膜中差不多。組裝成鋰電池后，具有良好的安全性能和電化學(xué)性能。例如采用3G凝膠隔膜在2C的充放電性能與2G陶瓷隔膜不相上下，但是在安全方面具有良好的優(yōu)越性，滿充是4.4V，在高溫短路、針刺和跌落測試方面，均明顯優(yōu)于2G的陶瓷隔膜。對于手機(jī)電池而言，盡管比較小，但是沒有作好它就是個(gè)炸彈，在跌落和高溫短路測試時(shí)就發(fā)生了爆炸。
當(dāng)然，隨著鋰電池能量密度的不斷提高，火氣更旺了，也就必須不斷把火氣旺的問題予以解決。我們有了1G拉伸隔膜、2G陶瓷隔膜、3G凝膠隔膜以后，4G、5G等隔膜也必須研發(fā)。希望在大家的共同努力下，保持我們隔膜的世界領(lǐng)先性。
前面談到鋰電池，我們不斷將鋰電池的安全性進(jìn)行提高，能否換種思路把鋰電池的安全性也提高？因此，我們開展水鋰電方面的工作。水鋰電的英文術(shù)語ARLB是我們在國際上第一個(gè)定義的，得到了國內(nèi)外的學(xué)者的高度認(rèn)可。
水鋰電的故事是加拿大科學(xué)家首先發(fā)明的，我們國內(nèi)學(xué)者也要實(shí)事求是。我們是國內(nèi)第一個(gè)開展水鋰電研究的。2007年發(fā)表第1篇文章以來，我們就堅(jiān)定地認(rèn)為，鋰電池“跑”到水里面，不是“可能”，而是“肯定”是一條思路?？萍际堑谝簧a(chǎn)力，科學(xué)在前面，技術(shù)在后面，從科學(xué)探索到最后的產(chǎn)品，成功的概率本身就不到1%，這也是許多科研成果只能擱在書架上的客觀規(guī)律。
在中國創(chuàng)新并不容易的事情，我們通過四年的努力，終于獲得了國家自然科學(xué)基金委第一個(gè)有關(guān)水鋰電的科研項(xiàng)目，后來又獲得了國家自然科學(xué)基金委第一個(gè)有關(guān)水鋰電的重點(diǎn)項(xiàng)目。
我們在第一代水鋰電方面，將正極材料的倍率性能、容量和循環(huán)性能得到了明顯的改善，并構(gòu)筑了新的第一代水鋰電體系，首次提出了“充電可以象加油一樣快”的概念。當(dāng)然，從概念的提出到實(shí)現(xiàn)可能有很長的路要走。
在此基礎(chǔ)上，我們結(jié)合我國的五行學(xué)，采用水-木相容、木-火相容的原理，構(gòu)筑了高能量密度的第二代水鋰電。
為了進(jìn)一步提高能量密度，我們能否回歸到經(jīng)典。伏特最先有關(guān)的電池，就是簡單的氧化還原反應(yīng)，不采用氧化還原反應(yīng)+嵌入反應(yīng)。根據(jù)此原理，我們采用LiBr水溶液，構(gòu)筑了更高能量密度的第三代水鋰電。后來，國外學(xué)者借鑒我們的理念，制備了無貴金屬的Li-BrCl電池體系，這也是特斯拉說的無鈷電池中的非常重要的一種，這三種元素均可以從海水中回收，因此特斯拉宣稱，今后電池材料就直接來源于海水，其主要原因就來源于此。
汽車有很多種，有QQ、桑塔納、帕薩特、奔馳、寶馬，三元電池起來后，其他電池就沒有市場了嗎？LiFePO4照樣有它的市場。當(dāng)然，水鋰電除了第一代、第二代、第三代外，能否研制出能量密度更高的第四代？答案是肯定的。
謝謝大家！
