中國儲能網(wǎng)訊：5月19日至21日，“第八屆中國國際儲能大會”在深圳隆重召開， 來自中國、美國、德國、英國、加拿大、西班牙、日本、韓國、澳大利亞等國和地區(qū)1500余位政府機構(gòu)、科研院所、行業(yè)組織、電力公司、新能源項目單位、系統(tǒng)集成商等代表出席本次大會。
中國科學(xué)院物理研究所研究員黃學(xué)杰在儲能電池專場，發(fā)表了題為“鋰離子儲能電池的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢”的精彩演講。
演講內(nèi)容如下：
黃學(xué)杰：各位嘉賓，早上好！今天借此機會介紹鋰離子電池的情況，我們知道鋰離子電池是儲能技術(shù)，今年儲能得到比較多的重視。我們的儲能電站在不斷的建，除了儲能電站外，鋰離子電池建起來的比較多，無論是家用還是所謂集中試，集中試已經(jīng)達到百兆瓦級。
為什么這兩個技術(shù)發(fā)展比較快？一是大規(guī)模，二是低成本、分布式?，F(xiàn)在二者開始競爭，鋰離子電池尤其重要優(yōu)勢。其他的儲能技術(shù)，包括液流電池是百分之七十，鋰離子電池是百分之九十左右。
電池是效率最高的儲能方式，電池有很多種，我們這里談到的是儲能電池。鉛酸、鋰離子都用在儲能上，分布式電池儲能建得比較多的是鉛酸和鋰離子。鉛酸和鋰離子的區(qū)別，鋰離子發(fā)展較快。鋰離子的特點是在寬充放電范圍有很好的壽命。上圖顯示，鋰離子長期儲能不會100%的DOD，長期的儲能一般情況下是75%DOD，不可能把它放完，也不可能把它充滿。75%DOD的壽命非常長。如果鉛酸電池要到達同樣的壽命，不能超過30%，實際可用容量較低。你可以把鉛酸電池提高深度，用到80%，比你強一點，但你的壽命恐怕下去了。我在考慮同等壽命的同時，放電深度的情況下，每瓦時的鋰離子電池，其成本低于鉛酸電池。暫且不說別的好處，這是今天儲能鋰離子電池發(fā)展得最快。
電池有不同的材料構(gòu)成，70%的成本來自于材料，甚至超過一點。嵌入式的正負極材料決定了鋰離子電池性能，材料的種類有很多，在電動車方面，我們知道有鐵鋰。能做電池材料的物質(zhì)有很多，很多鋰化合物、磷酸鐵鋰等都可以做正極材料。很多能跟鋰產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，都可以作為負極材料，所以有了石墨材料、碳材料、合金材料等。
儲能最重要的是安全性，戶用儲能裝在家庭里。大型儲能可以建到百兆瓦級甚至千兆瓦級。它有著更高的效率，更快的響應(yīng)。電池里有很多易燃材料，添加負極會變成活潑的材料。要柴火能燒起來，我們需要火柴，火柴是強氧化性的。氧化性越強，手機電池正常情況下沒問題，充滿電會變成高價氧化物，變成點火的火柴。我們的電池變得非常可靠，我們要防止電池出現(xiàn)種種的事故，事故是由電池過熱引起的。我們的正極材料充完電后具有強烈的氧化型，開始引燃負極材料發(fā)生反應(yīng)，包括破裂、起火、爆炸，這非常危險。
目前來講，我們無從選擇負極材料，碳酸鋰太貴?，F(xiàn)在99%的電池用的還是碳材料。在負極材料和電解質(zhì)不能改變的情況下，談到電解質(zhì)，10年后還有固體電解質(zhì)。這時候正極材料變得非常重要，這么多的正極材料，我們優(yōu)先考慮最安全的正極材料，各有各的特點。一旦受熱后，充電正極材料和電解液會反應(yīng)，特斯拉的車最容易反應(yīng)，撞一次起火一次。NCA充完電后，氧化性最強。
什么材料最安全？磷酸鐵鋰，唯一一個材料，加熱后跟電反應(yīng)，撤下來溫度會自降，其他不可以，其他材料是加速的過程。今天磷酸鐵鋰作為主要材料，感謝這兩位老人。1997年，教授提出磷酸鐵鋰材料。1999年M.Armand教授提出納米化，由絕緣體變成電子電導(dǎo)性能，滿足電池需求的特點。今年10月份，美國專門舉辦了感謝他們的會議，我們都會參加。
這個會議主要是對MichelArmand表示敬意。在座很多人做鋰離子電池，很多人不知道鋰離子電池怎么來的，1971年在美國市場做出鋰石墨化合物。1972年時，正式在國際會議上發(fā)表概念，這是后來鋰石墨化合物。對于固態(tài)電池也有重要貢獻，1978年做博士論文時，談到聚合物固態(tài)電解質(zhì)。在1980年提出"搖椅式電池"概念，同時領(lǐng)導(dǎo)了加拿大Hydro-Quebec鋰聚合物電池技術(shù)的開發(fā)工作，至今4000余輛汽車在巴黎運行。于1999年在美國夏威夷舉辦的第196屆國際電化學(xué)大會上報告了碳包覆可解決磷酸鐵鋰正極材料的導(dǎo)電性問題，創(chuàng)辦Phostech實現(xiàn)了包碳磷酸鐵鋰的產(chǎn)業(yè)化。固態(tài)電池可以用，但今天的固態(tài)電池不夠好，在經(jīng)濟上、性能上跟鋰離子電池有差距。經(jīng)濟價格應(yīng)該是10年后的事情。后面是他為磷酸鐵鋰做的貢獻。
不僅僅要選擇穩(wěn)定的磷酸鐵鋰材料，磷酸鐵鋰的車子也爆炸、起火過，在深圳被撞過。我認為材料是一方面，電池結(jié)構(gòu)也非常重要。這是波音787的電池，飛機起火多少次，賠了很多錢。它當時采用了一種材料，二者合起來導(dǎo)致了這個問題。出的這么大的事故，在此暫且不說細節(jié)。汽車出事賠償幾十萬元，這個案子賠償了幾十萬美金。
比轉(zhuǎn)讓式更好的結(jié)構(gòu)是疊片式結(jié)構(gòu)，雪佛蘭做了三十幾萬臺車，用的就是這個結(jié)構(gòu)。之所以采用疊片式結(jié)構(gòu)，機片充放電的過程中有膨脹和收縮，韌力非常驚人。早年我們建議采用疊片式的結(jié)構(gòu)，疊片式結(jié)果的好處是明顯長壽命。電池可以4C充電，5C放電。
10年前開始，我們在歐洲法電測試中心做測試，6000次以上的壽命，100%DOD，還有80%。不僅在實驗室里做得好，我們在工業(yè)上應(yīng)用，做了2000多臺共享租賃車。2010年有73臺車，2011年900多臺車，2011年放了1300多臺車。最短已經(jīng)用了5年多，最長的用了將近8年。多的跑了2000多次，對車子做抽樣測試，現(xiàn)在電池的容量最低的有73%，證明磷酸鐵鋰電池可以滿足長時間的應(yīng)用。大家對儲能的信心比較足。
為了提升制造的技術(shù)，楊總也參與了這件事?？茖W(xué)院在離這里不遠的地方，我們在南沙成立了公共平臺，讓研究所從疊片開始做研究和技術(shù)。
去年，我們做了改進結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰電池?，F(xiàn)在大部分用在儲能上，由于電動車需要更高的能量密度，現(xiàn)在超過100Ah。這是在法電測試的結(jié)果，室溫跟45度的壽命都非常好，這是為長期的儲能必須的。之所以能解決這個問題，關(guān)鍵是設(shè)計的不同。大部分的電池，一頭是正極和負極，這個電池有不同的設(shè)計。正極在負極在同一組，這么寬的極片，發(fā)熱是發(fā)在極耳的部位。負極的導(dǎo)電性很好，上面涂的是碳材料。正極用的是全極耳，熱可以分布均勻，大電流的工作，我們用紅外攝像儀看熱分布是非常好的。不僅溫度好，關(guān)鍵是導(dǎo)熱也很好，容易導(dǎo)熱。我們用緊密結(jié)構(gòu)做儲能，底部的熱可以輕易的傳出來，這是用固體，不是用風(fēng)扇吹。氣體傳熱是最慢的，液體傳熱比氣體快，金屬固體導(dǎo)熱是最快的。如果儲能系統(tǒng)用小風(fēng)扇，沒有風(fēng)扇可以在里面不停的轉(zhuǎn)十幾年。所以通過固體導(dǎo)熱非常好，它可以做致密儲能體系。三元能量密度高，你們說的是比能量，我認為這不對。我可以把軟包做成200多瓦時每公斤，鐵鋰也是250-260。從電池包的角度來講，鐵鋰和三元沒有太大區(qū)別。要講能量密度，每升多少小時。同樣的尺寸，集裝箱儲能柜，如果用鐵鋰，可以比三元多裝40-50%的能量。磷酸鐵鋰的能量密度比三元高40-50%。
這是我請法國電力的工作人員來看，一個40尺的柜子，用三元電池可以裝2.5兆瓦時，包括PCS功能等。鐵鋰電池在儲能上，密度經(jīng)過優(yōu)化，遠遠超過其他電池。儲能系統(tǒng)將會有越來越多的應(yīng)有。
應(yīng)用場景之一：新能源消納解決方案
由于風(fēng)力與太陽能的易變難以預(yù)測，不能提供系統(tǒng)慣量，使得電網(wǎng)系統(tǒng)越來越容易觸動電力頻率波動上限，使得電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性變?nèi)?。儲能系統(tǒng)能夠幫助可再生能源電站提高消納能力，在有效解決日益嚴重的"棄風(fēng)棄光"問題的同時，在削峰填谷和改善新能源電站出力上也起著重要作用。
意義：幫助新能源電站進行調(diào)峰；降低電網(wǎng)系統(tǒng)受新能源并網(wǎng)沖擊，減少電網(wǎng)壓力；吸收光伏及風(fēng)力產(chǎn)生的諧波，提高新能源發(fā)電的電能質(zhì)量，平滑間歇性波動。
收益點：提高新能源消納能力，吸收棄光棄風(fēng)的電量，更改時間上網(wǎng)，從而實現(xiàn)收益增長；平穩(wěn)電力輸出，減少電網(wǎng)壓力，提高發(fā)電預(yù)測精度，緩解電網(wǎng)擴建壓力。
現(xiàn)在鋰離子電池儲備成本大概0.3元，很多企業(yè)已經(jīng)在用這個掙錢。
應(yīng)用場景之二：用戶側(cè)定制化解決方案
根據(jù)不同類型需求為用戶提供一整套定制化儲能解決方案。通過儲能可以實現(xiàn)削峰填谷，優(yōu)化用電方案，響應(yīng)電網(wǎng)做需求側(cè)響應(yīng)，也可在緊急情況作后備電源使用。用戶側(cè)儲能有著廣闊的發(fā)展前景，其面向應(yīng)用類型廣泛，從中小型工商業(yè)用戶到用電大戶以及對電
力質(zhì)量要求極高的高精尖產(chǎn)業(yè)。
意義：為新能源用戶提高能源穩(wěn)定性和利用率；更大程度利用峰谷差價；減小電網(wǎng)依賴程度，應(yīng)對高峰時限電；需求側(cè)響應(yīng)，減小電網(wǎng)壓力；電能源管理，改善電能質(zhì)量，可滿足特殊負荷的電能質(zhì)量需求；可作后備電源，并保證快速切換，應(yīng)對緊急情況。
收益點：峰谷差價套利：谷時充電，峰時用電；減少基本電費：削減尖峰負荷，減少根據(jù)最大需量計量的基本電費；需求側(cè)響應(yīng)補貼：按照不同的地方政策，用戶可根據(jù)響應(yīng)降低的負載；功率獲取補貼；提高電能質(zhì)量，降低部分用戶精密設(shè)備損耗。
應(yīng)用場景之三：微電網(wǎng)儲能解決方案
微電網(wǎng)是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負荷、監(jiān)控和保護裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個可以實現(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)。它作為完整的電力系統(tǒng)，依靠自身的控制及管理供能實現(xiàn)功率平衡控制、系統(tǒng)運行優(yōu)化、故障檢測與保護、電能質(zhì)量治理等方面的功能。
意義：解決新能源發(fā)電的波動性、隨機性、間歇性問題；對區(qū)域內(nèi)風(fēng)光柴多種能源實現(xiàn)整合與智能化監(jiān)測，控制與調(diào)度；建立微網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)并/離網(wǎng)運行，無縫切換；開發(fā)和延伸微電網(wǎng)是實現(xiàn)新能源主動適配主電網(wǎng)的一種有效方式，并使傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過渡。應(yīng)對海島或偏遠地區(qū)因電網(wǎng)薄弱或無主電網(wǎng)連接導(dǎo)致用電困難的問題。
收益點：自發(fā)自用，減少用電電費；降低增容費用；售賣減排達標剩余的碳交易配額；減少海島或偏遠地區(qū)柴油機發(fā)電及運輸成本。
最近在電動車上，150瓦時每公斤的電池包馬上要專車上公告，大家知道特斯拉的電池包能量也是這個水平。基于長壽命、高安全的磷酸鐵鋰電池，在儲能方面會有更大的優(yōu)勢?？茖W(xué)院花了很多時間在研究它的提升、制造技術(shù)、材料技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)的示范。相關(guān)的實驗條件，我們在北京為電池界建立了開放的實驗條件。里面具備原子水平分析能力，電池企業(yè)、整車企業(yè)、材料企業(yè)已經(jīng)用到這些條件。我今天的報告到此結(jié)束，希望儲能行業(yè)能得到快速的發(fā)展。謝謝大家！
（本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理，未經(jīng)本人審核）
