中國儲能網(wǎng)訊:近年來,隨著新能源與可再生能源的快速發(fā)展,以及電網(wǎng)負荷與峰谷差的不斷加大,發(fā)展創(chuàng)新性的儲能技術尤其是大容量、長壽命的電池儲能技術已經(jīng)對我國相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有了決定性意義,被提到了重要位置?!秶鴦赵宏P于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》國發(fā)[2010]32號文件中明確提出了著重發(fā)展新型功能性材料、突破電池領域核心技術的要求。當前,隨著電池領域的技術革新,涌現(xiàn)了包括磷酸鋰、鈦酸鋰、三元電池等新材料儲能電池,而在這之中改性鎳錳鈷鋰離子三元材料電池、大功率低溫鈉硫電池因其能量密度大、壽命長、充電時間短等優(yōu)勢,將在大規(guī)模儲能和分散儲能領域中占據(jù)重要位置,成為儲能電池的主要發(fā)展方向。
談到技術方面,中國環(huán)資與節(jié)能體制創(chuàng)新工作委員會(簡稱“環(huán)資工委”)何學民表示:
(一)改性鎳錳鈷鋰離子三元材料電池
常規(guī)的電池正極材料是鈷酸鋰LiCoO2,三元材料則是鎳鈷錳酸鋰Li(NiCoMn)O2,三元復合正極材料前驅(qū)體產(chǎn)品是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料,里面鎳鈷錳的比例可以根據(jù)實際需要調(diào)整,三元材料做正極的電池相對于鈷酸鋰電池安全性高,使用鋰鎳錳鈷(NMC)氧化物來充當正極,能提供的能源密度更大,比磷酸鹽金屬要高出22%,三元材料較好地兼?zhèn)淞蒜掑i鎳三者的優(yōu)點,彌補了各自的不足,具有高比容量、成本較低、循環(huán)性能穩(wěn)定、安全性能較好等特點。
磷酸鐵鋰比能量,設計理論值170mAh/g,實際產(chǎn)品120~130mAh/g,已被本項目產(chǎn)品大踏步超越。本項目改性鎳鈷錳鋰離子電池,比能量設計理論值450mAh/g。從2009年起,多批次的樣品經(jīng)連續(xù)檢測,比能量已穩(wěn)定在250mAh/g。且最近半年送檢的樣品比能量已達到300mAh/g。繼續(xù)上升的空間還很大。這在同行業(yè)已超越美國、日本和德國,技術在全球遙遙領先。與磷酸鐵鋰電池相比,相同原材料制成電池,本技術產(chǎn)品儲能功率翻番,銷售收入翻番,用于汽車行駛的里程翻番。
目前,根據(jù)產(chǎn)品的發(fā)展需求,動力不間斷電源和大功率電池的使用場所越來越多,對電池的特性提出了以往不同的標準,在外形、容量、耐高溫低溫、超倍率放電、安全可靠性方面也都提出了更高一層的要求,基地采用的鋰離子動力電池改變以往的電池材料,采用自行研制的電池正負極材料可以真正實現(xiàn)大功率倍率放電,并根據(jù)客戶要求調(diào)整電池的電壓需求,填補其他電池所不能達到的指標。具體技術特點如下:
1.采用特殊的,非炭粉負極材料,具高倍率放電能力和較高的比容量。采用特殊方法制備的蜂窩狀鎳鈷錳正極層狀材料,具有較高的比容量和較好的循環(huán)穩(wěn)定性,高于目前報道和市場上出現(xiàn)的材料。
2.根本上改進了困擾行業(yè)的電池安全性能問題,大電流放電情況下,實驗無任何著火和爆炸現(xiàn)象。
3.獨特的電池材料的滾動和持續(xù)性研發(fā)將保持了在行業(yè)上持續(xù)發(fā)展的生命力,是其他類型電池短時間無法超越的,也是技術關鍵點之一。
(二)低溫鈉硫電池
鈉硫電池以鈉和硫分別用作陽極和陰極。氧化鋁陶瓷同時起隔膜和電解質(zhì)的雙重作用。在一定的工作溫度下,鈉離子透過電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生的可逆反應,形成能量的釋放和儲存。鈉硫電池已經(jīng)成功用于“削峰填谷”、“應急電源”、“風力發(fā)電”、“光伏發(fā)電”等可再生能源的穩(wěn)定輸出以及提高電力質(zhì)量等方面。是各種先進二次電池中最為成熟和最具潛力的一種。
低溫納流電池在普通鈉硫電池的基礎上實現(xiàn)了重大技術突破,比較其他儲能電池具有以下八大技術優(yōu)勢:
1.能量密度大
先進的結(jié)構(gòu)設計使其理論比能量(即電池單位質(zhì)量或單位體積所具有的有效點能量)達到鋰電池的四倍、 鎳電池的五倍、鋁酸電池的十倍。
2.啟動及運行溫度低
相對于普通鈉硫電池需要300℃的啟動溫度,且高達300~350℃的運行溫度,低溫鈉硫電池可在低于100℃的溫度下啟動并工作,安全、穩(wěn)定。
3.可大電流放電
放電電流密度一般可達200~300mA/cm2,并瞬時間可放出其3倍的固有能量。
4.充電時間短
一次充電時間約為20至30分鐘。
5.使用壽命長
大功率低溫鈉硫電池連續(xù)充放電近上萬次,使用壽命可達10年之久。
6.無自放電現(xiàn)象
7.體積小、重量輕
8.無污染、可回收
大功率低溫鈉硫電池的制造過程不會對環(huán)境造成污染,符合國家新能源標準,單質(zhì)Na和S元素本身對人體是沒有毒性的;且廢舊的大功率鈉硫電池中的Na和S回收率將近100%,回收后的能源可進行循環(huán)再利用,進一步降低成本。
何學民特別強調(diào)這次項目意義:風電、太陽能發(fā)電自身所固有的隨機性、間歇性特征,決定了其規(guī)?;l(fā)展必然會對電網(wǎng)調(diào)峰和系統(tǒng)安全運行帶來顯著影響。儲能技術在很大程度上解決了新能源發(fā)電的隨機性、波動性問題,可以實現(xiàn)新能源發(fā)電的平滑輸出,能有效調(diào)節(jié)新能源發(fā)電引起的電網(wǎng)電壓、頻率及相位的變化,使大規(guī)模風電及太陽能發(fā)電方便可靠地并入常規(guī)電網(wǎng)。同時,大容量儲能還可提高能源利用效率,實現(xiàn)電網(wǎng)的調(diào)峰錯峰,很好的平衡晝夜及不同季節(jié)的用電差異,調(diào)劑余缺,保證電網(wǎng)安全并為國家節(jié)約數(shù)百億的基礎建設投資。
新材料儲能電池的應用將有力推動新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,更重要的是能夠促進能源的高效利用,改變我國能源構(gòu)成比例,促進節(jié)能減排。同時,新能源儲能電池可以用于新能源、智能電網(wǎng)、電動汽車的儲能以及手機、數(shù)碼產(chǎn)品、電動車、電動工具等領域,應用面廣泛,對相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也可產(chǎn)生重要的作用。
最后談基地發(fā)展目標,何學民充滿自信說:
“十二五”期間,委員會計劃聯(lián)合各大中央企業(yè)投資180~200億元,充分利用國家和地方各項優(yōu)惠政策,在制造業(yè)基礎相對雄厚、人力、財力、技術等資源較易整合的地區(qū)打造國家級新材料儲能電池生產(chǎn)基地,建設1個國家級新材料儲能電池研發(fā)中心,3~5個國家級新材料儲能電池生產(chǎn)基地,年設計生產(chǎn)能力改性鎳鈷錳酸鋰離子車用電池2億Ah;完成低溫鈉硫電池中試并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。而新材料儲能電池在生產(chǎn)技術方面實現(xiàn)了突破,使成本相較傳統(tǒng)電池更低,因而收益率也將相應提高,有利于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,拉動相關產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。