中國儲能網(wǎng)訊：8月24-26日，由深圳市發(fā)展和改革委員會指導(dǎo)，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會與南方科技大學(xué)碳中和能源研究院聯(lián)合主辦，100余家機構(gòu)共同支持的碳中和能源高峰論壇暨第三屆中國國際新型儲能技術(shù)及工程應(yīng)用大會與新型儲能技術(shù)青年科學(xué)家論壇在深圳召開。此次大會主題是“開拓新質(zhì)生產(chǎn)力，推動儲能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展”。
大會主辦方邀請6位院士及100位行業(yè)專家分別從新型儲能系統(tǒng)集成解決方案、長時儲能技術(shù)及應(yīng)用、虛擬電廠、工商業(yè)儲能專場、新型儲能電池、新型儲能與電力市場、智能微電網(wǎng)、儲能標(biāo)準(zhǔn)宣貫、新型儲能技術(shù)青年科學(xué)家論壇等12個專場進(jìn)行充分討論交流。
來自行業(yè)主管機構(gòu)、國內(nèi)外駐華機構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構(gòu)等不同領(lǐng)域的500余家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，1012位嘉賓參加了本屆大會，其中21家企業(yè)展示了儲能產(chǎn)品解決方案，在線觀眾超過4萬余人觀看了開幕盛況。
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)用分會和中國儲能網(wǎng)、中國儲能網(wǎng)聯(lián)合承辦，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會專家委員會提供學(xué)術(shù)支持！
8月25日上午，大連海事大學(xué)交通運輸工程學(xué)院馬相坤教授受邀在“新型儲能電池專場”分享主題報告，報告題目《高功率密度液流電池電堆結(jié)構(gòu)和材料研究進(jìn)展》。
馬相坤：我是來自大連海事大學(xué)的馬相坤，我跟大家分享的是液流電池相關(guān)的研究進(jìn)展和工作。
儲能電池是太陽能和風(fēng)能不可或缺的聯(lián)用設(shè)備，如果沒有可再生能源的局限性，就不需要儲能電池了。之前大家一直在說儲能的必要性在哪里？儲能的必要性就在這兒，如果我們把太陽能、風(fēng)能的比例提高到20%以上，就必然會需要儲能電池。而從今年開始，我們的比例逐漸達(dá)到了20%，后期儲能的作用會越來越大。
目前整個儲能市場還是鋰電池為主，90%以上，有人說是96%?，F(xiàn)在存在的問題是鋰電池的安全性有待進(jìn)一步提高。2021年北京儲能電站爆炸事故，今年5月15日美國加利福尼亞州的曾經(jīng)號稱世界最大的250兆瓦鋰電儲能電站起火，一周的時間都沒有撲滅。所以如果鋰電池沒有安全問題，又占有市場90%以上，又便宜，就不會有我們在這兒討論新型儲能電池了。所以目前儲能電池存在的安全問題，給新型儲能電池一個發(fā)展機會。
今年中央政治局會議也提出一個很重要的詞—“短板”，長時儲能技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為限制我們國家太陽能、風(fēng)能發(fā)展的短板了。所以新型儲能發(fā)展也列入了總理今年的政府工作報告當(dāng)中，也說明了對新型儲能的重視。
長時儲能，最初的是抽水蓄能，現(xiàn)在包括壓縮空氣和液流電池，液流電池也受到了越來越多的關(guān)注，最近一兩年有數(shù)百家企業(yè)了，其中批量化生產(chǎn)的也有十幾家了，現(xiàn)在發(fā)展比較迅速，從融資和宣布的產(chǎn)能來看，都有大幅度提高。這里面跑出兩家全球獨角獸，一個是融科，2008年成立，主營全釩液流電池，估值92億元，一個是緯景，2018年成立，主營鋅鐵液流電池，估值85億元，這是兩家比較有代表性的企業(yè)。
從液流電池的發(fā)展來看，2021年之前液流電池企業(yè)行業(yè)處于倒閉狀態(tài)，基本沒有幾家在做，做的沒有幾個人了，都倒閉了。鋰電池安全性的問題給新型儲能帶來了發(fā)展機會，所以有更多的人和資本來關(guān)注液流電池這個行業(yè)，大量的人力物力都投入這里面了。但目前還是以磷酸鐵鋰為主，液流電池的盈利空間較小。什么時候能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)量盈利，需要等到產(chǎn)能爆發(fā)的階段。什么時間到來，能不能到來，取決于兩個方面。一是如果鋰電池的安全問題能解決到什么程度，如果能解決就不需要其他的新型液流電池了。二是要看液流電池能提高到什么程度，比如安全可靠性問題。這是兩者相互博弈的過程，未來的液流電池能否爆發(fā)，能否產(chǎn)量為王，完全取決于這兩個方面。
現(xiàn)在液流電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)入高速發(fā)展期，出現(xiàn)了很多新的企業(yè)，但是企業(yè)運營與發(fā)展面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，之前行業(yè)不被關(guān)注的時候，企業(yè)試錯犯錯沒有人盯著，而現(xiàn)在大家都在關(guān)注，一旦犯了錯誤，后期的融資運營都會出現(xiàn)很大的問題，所以現(xiàn)在企業(yè)的試錯成本和犯錯成本比較高。這個行業(yè)始終沒有進(jìn)入一個很好的商業(yè)化銷售階段，所以行業(yè)沒有足夠的技術(shù)積累和人員積累，導(dǎo)致新企業(yè)研發(fā)成本和時間成本較高，影響企業(yè)發(fā)展機會。
現(xiàn)在大家都在談，企業(yè)很多，什么樣的企業(yè)能脫穎而出，或者什么樣的企業(yè)能值得投資，需要從技術(shù)先進(jìn)性和可靠性、批量化成熟性、產(chǎn)品耐久性去考慮。這里我就不把這幾個方面擴展，大家如果有感興趣的，可以搜一下我在這方面寫的文章，大家可以參考。在這種情況下，如何快速獲得成熟的技術(shù)，可靠的產(chǎn)品，穩(wěn)定的批量化工藝，豐富的工程經(jīng)驗，就變得尤為重要。這是我對液流電池行業(yè)做的簡單介紹。
下面我對我自己進(jìn)行一個介紹，我2008年至2012年在大連化學(xué)物理研究所工作，是國內(nèi)最好的科研單位之一。后期進(jìn)行科技成果轉(zhuǎn)化成立了大連融科儲能技術(shù)發(fā)展有限公司，也是國內(nèi)最好的液流電池企業(yè)。2012年至2020年我在融科儲能擔(dān)任技術(shù)總監(jiān)，主要負(fù)責(zé)從關(guān)鍵材料到電堆到電池系統(tǒng)到批量生產(chǎn)工藝、儲能示范項目等方面的工作，實現(xiàn)了液流電池的批量化轉(zhuǎn)化，也做了能夠想到的30多項電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)、發(fā)電側(cè)的儲能示范項目。
目前我在大連海事大學(xué)繼續(xù)從事液流電池的研究工作，主要包括兩個方面：一個是基礎(chǔ)研究方面，一個是產(chǎn)業(yè)化方面。基礎(chǔ)研究方面，包括關(guān)鍵材料、新型液流電池、電堆的開發(fā)等。產(chǎn)業(yè)化方面，我們在積極推進(jìn)液流電池的科技成果轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)液流電池的批量化及其應(yīng)用。
下面我介紹一下液流電池材料和技術(shù)的研究進(jìn)展情況，同時介紹一下我們的研究情況。
第一是釩電解液，包括硫酸釩溶液和混酸釩溶液兩種?，F(xiàn)在大家關(guān)注的是電解液的生產(chǎn)工藝，如何從生產(chǎn)工藝的角度去降低生產(chǎn)成本，比如短流程，但是在電解液配方上已經(jīng)有十多年沒有進(jìn)行創(chuàng)新和變化了。電解液的主要問題是什么呢？一是能量密度比較低，二是溫度適應(yīng)性，三是電解液的活性。針對這幾個問題，我們提出了第三代的電解液，它的主要特點是什么呢？采用電解液添加劑的方式，把溫度提高到40到50度，釩濃度提升到現(xiàn)在的1.8-2.0mol每升，同時性能提高，容量衰減速度降低。這是電解液方面所做的工作。
第二是離子傳導(dǎo)膜，主要分成全氟磺酸膜、非氟多孔膜、復(fù)合全氟磺酸膜。全氟磺酸膜國產(chǎn)化解決了進(jìn)口Nafion膜價格高的問題，非氟多孔膜進(jìn)一步降低了成本，以大連化物所為代表。復(fù)合全氟磺酸膜主要是解決全氟磺酸膜的強度問題，在保證強度的條件下能夠進(jìn)一步降低膜厚度。
現(xiàn)在膜遇到的問題是什么呢？膜需要配合電堆優(yōu)化，未來高功率密度電堆是一個發(fā)展趨勢，高功率密度需要較高的電極壓縮率，較高的電極壓縮率要保證它有很好的庫倫效率，就必須保證膜不能被刺透。目前當(dāng)電極壓縮率達(dá)到一定程度的時候，庫侖效率會大幅降低。我們認(rèn)為是多孔膜和全氟磺酸膜結(jié)合做復(fù)合膜，是未來潛在的一個較優(yōu)的解決方案，我們在這方面有了一些積累，下一步進(jìn)行中試放大。
第三個關(guān)鍵材料是雙極板，大家現(xiàn)在用得比較多的是擠出雙極板和熱壓雙極板，熱壓雙極板存在的問題是成本比較高、難以采用焊接工藝。另一類是浸漬雙極板，存在問題是浸漬劑的可靠性、浸漬劑的浸漬程度、使用壽命有待驗證等。針對擠出雙極板存在的接觸電阻較大的問題，我們開發(fā)了低接觸電阻擠出雙極板。針對熱壓雙極板存在的成本較高、難以焊接的問題，我們開發(fā)了低成本可焊接的熱壓雙極板，經(jīng)過了小試和中試，下一步進(jìn)行批量化生產(chǎn)。
第四個關(guān)鍵材料是聚炳烯腈基電極，我們主要把它分成兩種，一種是進(jìn)口碳?xì)蛛姌O，原絲是日本的，針刺織氈是進(jìn)口企業(yè)，我們稱為進(jìn)口電極；還有國產(chǎn)碳?xì)蛛姌O，原絲采用中石化、吉化的，采用國產(chǎn)化設(shè)備針刺織氈，目前國產(chǎn)碳?xì)蛛姌O存在精度、活性、穩(wěn)定性的問題，有的是原絲決定的，有的是針刺設(shè)備決定的。這里我想強調(diào)一點，電極是配合電堆的，精度等要求是根據(jù)電堆需要提出的。而下一代電堆，對電極的精度要求降低，所以未來的國產(chǎn)化電極，在下一代電極上的應(yīng)用是非?？赡艿?。所以結(jié)合下一代電堆對電極的需要，我們在開發(fā)適用于下一代電堆的國產(chǎn)化碳?xì)蛛姌O，目前進(jìn)入中試階段。
上面介紹了液流電池的四個關(guān)鍵材料，結(jié)合關(guān)鍵材料進(jìn)行電堆集成。電堆也是液流電池的核心，目前中國的液流電池已經(jīng)跨過了電堆規(guī)模放大的階段，進(jìn)入了高功率密度電堆開發(fā)的階段。規(guī)模放大在中國已經(jīng)不是問題了，未來高功率密度的開發(fā)，主要是提高電流密度，現(xiàn)在實驗室有做到400、500面密，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用上，一般在160到200電密之間。
我們在液流電池電堆和電池系統(tǒng)開發(fā)方面，包括全釩、鐵基液流電池等，結(jié)合前面的關(guān)鍵材料技術(shù)做電堆，我們形成了成熟的電堆結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，包括從32、42、63、125KW等規(guī)模電堆。在電堆基礎(chǔ)上集成液流電池系統(tǒng)產(chǎn)品，從500kW到1MW都可以做，這方面也可以跟企業(yè)進(jìn)行合作，開展科技成果轉(zhuǎn)化和批量化轉(zhuǎn)化。
液流電池樣機完成后，下面一個就是批量化生產(chǎn)生產(chǎn)。剛才也說了，整個行業(yè)處于初期階段，做過批量化生產(chǎn)的企業(yè)很少，很多新的企業(yè)直接從樣機到批量化生產(chǎn)，存在的風(fēng)險是比較大的，因為整個行業(yè)處于初期發(fā)展階段，沒有足夠的技術(shù)和人員積累，沒有比較成熟和配套的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)廠家，一些新的企業(yè)提不出明確的工藝要求，生產(chǎn)設(shè)備廠家也不知道企業(yè)的具體工藝要求，所以雙方?jīng)]有形成有效的對接，新企業(yè)需要成套的生產(chǎn)線及其生產(chǎn)培訓(xùn)服務(wù)。
我們現(xiàn)在跟大連奧托股份有限公司合作，大連奧托是汽車智能制造產(chǎn)線，去年銷售額30億，現(xiàn)在做液流電池批量產(chǎn)線業(yè)務(wù)，業(yè)績包括融科儲能的第一條GW級液流電池生產(chǎn)線，以及中國電氣裝備集團、沈陽恒久安泰等企業(yè)，累計銷售額6000多萬元。企業(yè)能夠提供成套服務(wù)，包括電池原材料批量化檢測，還有電堆的生產(chǎn)制造，還有電池系統(tǒng)的生產(chǎn)制造，以及相關(guān)的生產(chǎn)管理軟件?？梢哉f從材料出庫到產(chǎn)品入庫的液流電池生產(chǎn)線服務(wù)，現(xiàn)在沒有任何一家可以做到這種程度。同時也可以提供電堆和電池系統(tǒng)的工藝改進(jìn)服務(wù)，提高產(chǎn)品性能和可靠性。
液流電池產(chǎn)品完成后，就是液流電池生產(chǎn)儲能示范應(yīng)用?，F(xiàn)在儲能示范應(yīng)用很多，最大的就是大連融科儲能做的大連熱電200兆瓦、800兆瓦時的儲能項目，這個項目2018年就設(shè)計完成了，2023年并網(wǎng)成功，這是目前世界上最大的液流電池儲能示范項目。
我們在液流電池儲能示范應(yīng)用上具有豐富的工程實踐經(jīng)驗，可以提供百兆瓦級液流電池向設(shè)計方案、施工方案到后期的運維方案的技術(shù)服務(wù)。這里要提出一個東西，就是后期的項目運維方案，剛才也講了鋰電池的運維防護(hù)，這里我也想說，要想把設(shè)備用好，運維很重要，尤其電池容量衰減等問題，液流電池最大的優(yōu)勢就是容量不衰減，不是真不衰減，只是它可以恢復(fù)，所以在線恢復(fù)很重要。說一個很簡單的問題，1兆瓦的容量恢復(fù)人工可以做，100兆瓦，這里面有800個儲罐人工恢復(fù)時間很長，所以運維很重要。另外還有預(yù)維護(hù)也很重要，能夠降低故障率，但是前提是你要知道預(yù)維護(hù)要做什么？這里需要多個項目的積累，不斷地完善，才能建立起很好的運營維護(hù)方案。運維的好壞影響未來產(chǎn)品的故障率和耐久性。
上面是我跟大家分享了液流電池的相關(guān)進(jìn)展以及我們的研究工作情況。目前大家熟悉的液流電池關(guān)鍵材料和設(shè)備廠家，都是10多年前跟我們一起研發(fā)走過來的，新的企業(yè)如果想快速進(jìn)入這個行業(yè)，我們可以幫助企業(yè)進(jìn)行樣品開發(fā)、樣品檢測、樣品試用等工作，滿足合格材料和設(shè)備的要求。如果有問題大家可以隨時聯(lián)系，謝謝！
