中國儲能網(wǎng)訊：9月10-11日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會、南方科技大學(xué)碳中和能源研究院、南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院聯(lián)合100余家機(jī)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)用大會在深圳召開。此次大會主題是“綠色、經(jīng)濟(jì)、安全、發(fā)展”。
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600余家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，1317位嘉賓參加了本屆大會。
10日下午，西安秦源智科儲能科技有限公司CEO趙云受邀在“長時儲能技術(shù)及應(yīng)用專場”分享了主題報告，主題為《綠色鉛鹽單液流電池儲能技術(shù)在長時儲能中的應(yīng)用》。
趙云：大家下午好！我們公司是西安秦源智科儲能科技有限公司，來自西安理工大學(xué)一個科研成果項(xiàng)目的轉(zhuǎn)化，公司的主要產(chǎn)品是“綠色鉛鹽單液流電池儲能系統(tǒng)”，也是在液流電池領(lǐng)域的新技術(shù)路線，我下面給大家匯報一下，我們在這個技術(shù)路徑以及在長時儲能應(yīng)用的一些想法。
所有的儲能，包括液流電池以及長時儲能的來源，它還是離不開國家碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，政策的推動給儲能帶來了極大的機(jī)遇。今天從早上到現(xiàn)在，大家對這一點(diǎn)都有很好的共識，也分享了很多，我就不再贅述。
從目前的儲能市場，以及對未來的儲能特別是長時儲能的現(xiàn)狀，以及發(fā)展的需要，我們做一些分析。首先我們認(rèn)為在長時儲能上，對于電池系統(tǒng)的要求，我們總結(jié)了三個方面，用一個三角來表示，當(dāng)然它三個方面還是有急迫性和重要性的分別。第一是高安全性，現(xiàn)在在整個儲能行業(yè)，對于高安全這一點(diǎn)是非常有共識的，從過去以鋰電池搭建的技術(shù)體系做的儲能系統(tǒng)來看，從歐洲到韓國，以及國內(nèi)，剛才很多同仁都分享了很多案例，熱失控的現(xiàn)象是鋰技術(shù)這個體系下的一個本征的特點(diǎn)。所以對大家來講，目前特別是這種大型的長時儲能，因?yàn)樗捏w量比較大，所以安全性成為未來行業(yè)最迫切需要解決的問題。第二是環(huán)境的友好性，在運(yùn)行的過程，包括生產(chǎn)制造、未來的回收，這些方面都要對環(huán)境有良好的友好性。最近歐盟也提出了在儲能這方面碳足跡的追蹤，包括它的回收體系的建設(shè)，這方面都提出了新的要求。所以未來電池體系對于環(huán)境的友好性也是一個很迫切的問題。第三是經(jīng)濟(jì)性。任何商業(yè)行為或者產(chǎn)品有沒有價值，還取決于它有沒有良好的經(jīng)濟(jì)性，這也是未來儲能需要解決的問題。
從目前的行業(yè)來講，從大的方面分為物理儲能和化學(xué)儲能。物理儲能方面，現(xiàn)在抽水蓄能占有最大的比例，規(guī)模應(yīng)用也最廣泛。今天聚焦到化學(xué)儲能體系，早上趙院士也分享了，在靈活配置、貼近于發(fā)電側(cè)方面來講，化學(xué)儲能有它的獨(dú)到的有適合應(yīng)用場景，從化學(xué)的儲能體系來講，鋰電池的效率和規(guī)?；瘧?yīng)用比較突出，鋰電池在化學(xué)儲能應(yīng)用里面要占到98%的裝機(jī)，接下來才是液流電池和其它的技術(shù)路線。作為一個新型的儲能體系，液流電池未來的空間還是可期的。
液流電池有很好的安全性，它的規(guī)模化應(yīng)用未來應(yīng)該也是有很大的空間，它的效率也比較高，液流電池的效率還是比較高的。再往下就是它的循環(huán)壽命，這也是我們在所有電池體系目前來看，液流電池共有的特征，就是長壽命。
所以綜合來講，鋰離子電池的技術(shù)、效率、規(guī)模化應(yīng)用比較突出，而液流電池因?yàn)樗谋菊靼踩?、技術(shù)比較均衡，所以未來應(yīng)該有很廣泛的應(yīng)用空間。
這是我們的技術(shù)路線，我們相對的還是比較新的方案，給大家介紹一下。
右下角這個圖就是我們的一個應(yīng)用示例，它是應(yīng)用了鉛離子的電化學(xué)特性來實(shí)現(xiàn)了充放電。
我們的技術(shù)有幾個方面，因?yàn)檫@個技術(shù)體系最早在2004年由英國的南安普頓大學(xué)提出來，并且進(jìn)行了驗(yàn)證和研究，當(dāng)然任何技術(shù)路線都有它的缺陷或者是需要解決的問題，所以在這個基礎(chǔ)上，我們又做了以下三個方面的創(chuàng)新性研究。
第一是我們的電池系統(tǒng)采用了單一電解液雙極性結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案，它的好處是正負(fù)極的電解液是統(tǒng)一的電解液，中間取掉了離子隔膜。今天大家也分享了膜的重要性，膜的成本對電池體系來講還是比較貴的，同時膜還有不穩(wěn)定性，對整體系統(tǒng)的安全以及它的使用壽命都有一定的影響，因此我們的體系取消了離子交換膜，提升了安全性，降低了成本，同時也簡化了系統(tǒng)的難度。我們的電極板采用雙碳板中間+高分子離子聚合物的設(shè)計，我們的雙極板的性能優(yōu)于美國能源協(xié)會的標(biāo)準(zhǔn)。
總體來講，我們的設(shè)計從國內(nèi)外的理論研究，到工程化的實(shí)踐，可能看到的做單一電解液雙極性結(jié)構(gòu)設(shè)計的，目前只有我們一家。
第二個技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，做任何的電池體系，特別是金屬的枝晶抑制上，這是一個繞不開的話題。在金屬析出的情況下有枝晶的形成，嚴(yán)重影響電池的壽命，后來通過我們不斷地努力和相關(guān)配方的改進(jìn)，找到了解決方案，右上角這個示意圖就是我們在電鏡下掃描，得到我們的枝晶抑制技術(shù)的添加劑以后，我們的金屬析出以后，它呈一種扁平化的生長，有效解決了枝晶的問題，提高了電池的壽命。
第三個創(chuàng)新點(diǎn)是電解液的耐候性上面。從新能源的特性來講，大部分的裝機(jī)場所都在偏北方的地區(qū)，因?yàn)樗辛己玫墓夂惋L(fēng)的資源，這些地方常年的溫度相對較低，我們的這款電解液的冰點(diǎn)是-65度，沸點(diǎn)是130度，在22度的情況下，我們的庫倫效率在99%，在零下40度到零上50度區(qū)間，我們的擴(kuò)容效率都在95%以上。綜合來講，總體在新能源發(fā)展比較快速，或者裝機(jī)比較多的北方地區(qū)，我們的電池電解液有更好的優(yōu)勢。在這種條件下，我們的電池系統(tǒng)基本上不需要做溫度控制和調(diào)節(jié)，這也是我們的電池系統(tǒng)獨(dú)有的特點(diǎn)。我們在做控制系統(tǒng)的時候，最早是不考慮溫度因素的，后來因?yàn)榇蠹叶几杏X不了解溫度，或者不監(jiān)測溫度，我們在新的方案里面又加入了溫度的監(jiān)測，但是在整體的系統(tǒng)控制中不做溫度的調(diào)整或者干預(yù)。
綜合來講，我們做了這三個方面的創(chuàng)新。
總體來說，我們的電池形成了一些特點(diǎn)：第一是安全環(huán)保，剛才大家也講到了，液流電池本征安全的原因，它的電解液主要是水基的，所以它又是一個循環(huán)體系，在運(yùn)行的過程中，如果電極端有熱量的產(chǎn)生，它會隨著電解液的流動而進(jìn)行很好的循環(huán)。在電池體系的結(jié)構(gòu)方面，雖然大家都有談鉛色變的情結(jié)，我們在生產(chǎn)和制造的環(huán)節(jié)是不使用單質(zhì)鉛金屬，它也不使用易燃易爆化學(xué)品和危險化學(xué)品，所以過程比較安全和環(huán)保。同時在運(yùn)行過程中它也沒有有毒有害氣體的發(fā)生，它總體的安全性是有保障的。
第二是它的結(jié)構(gòu)簡單，我們?nèi)∠穗x子交換膜，使得電池的結(jié)構(gòu)變得比較簡單，也便于生產(chǎn)，對生產(chǎn)、加工環(huán)境也是要求不高。功率和容量獨(dú)立設(shè)計，容量容易擴(kuò)張，靈活布置。環(huán)?；厥諌毫π?，理論充電次數(shù)周期比較長。
第三是耐候性強(qiáng)。在-40度到50度區(qū)間，它都可以正常使用，不需要額外做溫度的補(bǔ)償和調(diào)整。節(jié)省了成本，提升了整體系統(tǒng)的效率。
第四是綠色長壽命。當(dāng)然所有的液流電池都有較好的循環(huán)壽命的次數(shù)，這也是一個整體的優(yōu)點(diǎn)。
我們這個技術(shù)來自于團(tuán)隊(duì)的技術(shù)負(fù)責(zé)人劉政博士，他是英國謝菲爾大學(xué)的博士畢業(yè)，后來在空客當(dāng)項(xiàng)目經(jīng)理，長期從事電化學(xué)儲能體系的研究，以及材料的研究，在這方面很有優(yōu)勢。
這是另外兩位團(tuán)隊(duì)成員，我本人來自隆基綠能，做太陽能出身，對儲能行業(yè)有充分的認(rèn)識和了解。雖然這個技術(shù)體系我們今年是第一次在儲能大會進(jìn)行技術(shù)交流，但是從研發(fā)的過程來講，它也是歷時了十多年的爬坡。2011年劉博士留學(xué)歸來，把這個技術(shù)落戶到西安理工大學(xué)，我們在西安理工大學(xué)搭建了技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)和實(shí)驗(yàn)平臺，逐漸解決它的功率問題，解決它的能量密度問題，以及枝晶的問題，通過一路的攻關(guān)，到2019年我們首次完成了單一電解液雙極性結(jié)構(gòu)的課題，后面做了電解液等相關(guān)配套支持的研究，到今年完成了BMS等等控制系統(tǒng)，以及進(jìn)行了中試，也花了十多年的時間，走到了目前這個程度。
這是我們的專利體系，目前有完備的專利支撐。
匯報一下我們對市場的認(rèn)知，雖然現(xiàn)在長時儲能被提到了一個很高的高度，我們這個產(chǎn)品在削峰填谷方面有很大的作用，早上也有專家匯報軍工方面的應(yīng)用，部隊(duì)也有到我們這邊調(diào)研，在高海拔、邊防的低溫和長時儲能方面都有一些需要。另外我們這個電池系統(tǒng)可以靠自身的電量實(shí)現(xiàn)黑啟動，不需要其它電池的輔助。
這是我們在2018年在廣東大亞灣做的示范，這幾年下來運(yùn)行一直非常穩(wěn)定。
我們現(xiàn)在有一個100MW的產(chǎn)線正在搭建，預(yù)計明年年初會投產(chǎn)，在儲能體系里面，特別是在液流電池這一塊，我們也是一個新的技術(shù)路徑，公司也比較新，跟各位前輩、大咖相比，我們是剛剛開始，也希望得到大家的支持和指導(dǎo)。
【責(zé)任編輯：周曉晴】
