中國儲能網(wǎng)訊：2019年3月16日，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會與全國微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標準化技術(shù)委員會、中國科學(xué)院電工研究所儲能技術(shù)組、科華恒盛股份有限公司四家單位聯(lián)合主辦的“首屆全國儲能技術(shù)與綜合能源服務(wù)高層研討會”在福建廈門宸洲洲際酒店召開，來自電力公司、電科院、設(shè)計院、系統(tǒng)集成商、地方經(jīng)信委、投資機構(gòu)等230余人參加了本次會議。
本次研討會旨在推動儲能與綜合能源系統(tǒng)多環(huán)節(jié)技術(shù)與商業(yè)模式創(chuàng)新，持續(xù)提升客戶需求響應(yīng)能力與業(yè)務(wù)整體盈利能力。
中國科學(xué)院電工研究所儲能技術(shù)研究組組長、研究員陳永翀在會議期間分享了主旨報告《電池儲能技術(shù)問題與發(fā)展建議》，以下是他的發(fā)言原文：
我很高興有這樣的機會和大家探討四個方面的問題。一，儲能電池技術(shù)應(yīng)用場景的多元化；二，電池類型多元化；三，技術(shù)內(nèi)涵多元化；四，發(fā)展目標的多元化。
我們先看大致的產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景。首先，2017年是中國發(fā)展儲能的共識之年，在這之前關(guān)于要不要發(fā)展儲能存在很多爭議。2017年《關(guān)于促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》出臺是一個標志，標志著中國儲能春天的來臨，2018年全球以及中國的儲能項目迅速發(fā)展。其次，發(fā)展儲能的核心是促進可再生能源消納，在最近5年光伏風(fēng)電發(fā)電成本快速下降，以及由于新能源汽車帶動動力電池的成本下降，使得儲能在原來一些缺乏競爭力的領(lǐng)域開始具備競爭力，儲能的多重價值逐漸被體現(xiàn)。第三，儲能春天已經(jīng)來臨，春天是萌芽、開花的季節(jié)，但是儲能蓬勃發(fā)展的夏季還沒有到來。現(xiàn)在各類儲能技術(shù)，包括物理儲能、電化學(xué)儲能、化學(xué)儲能和儲熱蓄冷已經(jīng)紛紛開展示范和商業(yè)應(yīng)用，在應(yīng)用中展現(xiàn)了儲能的優(yōu)勢，同時也發(fā)現(xiàn)了不少問題。尤其是電化學(xué)儲能技術(shù)，應(yīng)該說距離“低成本、長壽命、高安全、易回收”的總體目標還有相當?shù)牟罹?，有待技術(shù)創(chuàng)新和突破。
儲能有六大應(yīng)用場景，可再生能源并網(wǎng)，電網(wǎng)輔助服務(wù)，電網(wǎng)輸配，分布式及微網(wǎng)，用戶側(cè)，以及一個非常特殊的用戶側(cè)：電動汽車VEG模式的供能系統(tǒng)。儲能應(yīng)用場景很多，大致可以分類儲能的三大作用：第一，平滑間歇性電源功率波動，這樣的場景需要功率型儲能技術(shù)；第二，減小峰谷差，提高電力系統(tǒng)效率和設(shè)備利用率，這種場景下大部分需要容量型儲能技術(shù)；第三，增加備用容量，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定性和供電質(zhì)量，這個需要的是UPS備用型的儲能技術(shù)。當然還有第四類復(fù)合型的應(yīng)用，尤其是電網(wǎng)側(cè)應(yīng)用，參與調(diào)峰調(diào)頻和緊急備用，我們稱它為復(fù)合型或者是能量型的儲能技術(shù)。所以說，儲能的應(yīng)用場景是多元的。
因此，我們可以從應(yīng)用要求反推儲能電池的類型也可以分為四大類：容量型儲能電池，功率型儲能電池，能量型儲能電池，以及備用型儲能電池。根據(jù)電池使用的功率容量比值做一個區(qū)別，有利于我們發(fā)展不同類型的儲能電池技術(shù)。尤其是備用型儲能電池。目前來看動力電池的梯級利用從大到小是完全可能的，但是從小到大還是面臨非常大的難度，它的一致性、安全性問題，以及成本面臨非常大的挑戰(zhàn)。但是，將動力電池梯級利用在一些備用型的儲能場景還是有可能的。所謂備用型儲能，可能一年的充放電次數(shù)也就那么幾次，而不是每天都要進行充放電。
我們經(jīng)常會談到儲能技術(shù)，尤其是儲能電池技術(shù)。那么，到底什么是儲能電池技術(shù)，它的技術(shù)內(nèi)涵是什么？我總結(jié)了一下，儲能電池技術(shù)應(yīng)該包括六大內(nèi)涵。
第一是材料技術(shù)，這是基礎(chǔ)。但是對于儲能電池來說，我特別想強調(diào)材料性能，尤其實驗室研究的材料性能，跟實際的到未來做成大電池、進行儲能應(yīng)用的電池性能相差還是非常大的，所以千萬不能把實驗室材料性能等同于儲能電池的性能，更不能等同于儲能電池系統(tǒng)的性能。
第二是結(jié)構(gòu)技術(shù)。相對消費類小電池來說，儲能場景要求大功率、大容量。因此，未來儲能電池的研發(fā)要充分考慮電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)的融合設(shè)計，通過一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)展減輕外部系統(tǒng)面臨的成本和安全性的壓力，這是未來儲能電池結(jié)構(gòu)技術(shù)研究的重要方向。希望我們的儲能電池能夠由“嬌小富貴”變成結(jié)實耐用的“傻大笨粗”，以滿足電力系統(tǒng)的實際場景需求。
第三，制造技術(shù)。尤其是鋰離子電池，它的制造技術(shù)來源于以前的磁帶技術(shù)，采用粘接薄膜電解結(jié)構(gòu)，需要高精度的、非常復(fù)雜的、幾百道的制造工序。未來如果想降低制造成本，還需要結(jié)合電池的結(jié)構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新，讓整個制造環(huán)節(jié)變得簡單，不要往復(fù)雜化方向發(fā)展。
第四應(yīng)用技術(shù)。儲能電池應(yīng)用技術(shù)就是電力系統(tǒng)經(jīng)常提到的、狹義上的電池儲能技術(shù)，包括系統(tǒng)集成技術(shù)，BMS，PCS與EMS。應(yīng)用技術(shù)非常重要，需要針對不同的應(yīng)用場景開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用技術(shù)，積累應(yīng)用數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用問題，評估應(yīng)用經(jīng)濟。未來應(yīng)該會出現(xiàn)以應(yīng)用技術(shù)開發(fā)為核心的獨立的儲能電池系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)商，負責(zé)儲能系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)劃、租賃運維和報廢回收，并與保險公司合作，承諾負責(zé)系統(tǒng)的使用壽命和運行安全。
第五再生技術(shù)。我們的消費類電池，壽命有三到五年就可以了，因為三到五年我們手機也要更換，電池壽命再長也沒有多大意義。但是，電力系統(tǒng)對于電池儲能系統(tǒng)要求十年甚至二十年以上的壽命要求，而十年對于我們電池來說幾乎是現(xiàn)有技術(shù)的一個天花板。因此未來儲能系統(tǒng)運行過程中，可能還需要開發(fā)新型的電池再生技術(shù)，延長儲能電池的應(yīng)用使用壽命。當電池使用一段時間后，可以通過正負極材料表面SEI膜原位修復(fù)、電解液的補充和更換等方式對電池性能進行再“激活”，延長儲能鋰電池的實際日歷使用壽命。例如，鋰漿料電池的漿料厚電極形態(tài)賦予了其在使用期進行在線再生的可能性。
最后一個，回收技術(shù)，這點非常重要。包括廢舊電池的更換處理技術(shù)、安全運輸技術(shù)、回收處理技術(shù)和資源再利用技術(shù)。鋰電池的回收流程和技術(shù)還不成熟，需要與材料技術(shù)和結(jié)構(gòu)技術(shù)相結(jié)合，發(fā)展方便回收再生的新型儲能電池技術(shù)，在產(chǎn)品設(shè)計方面加以創(chuàng)新改進，從生產(chǎn)端提前考慮電池回收處理的環(huán)節(jié)，以實現(xiàn)儲能鋰電池產(chǎn)業(yè)的資源可持續(xù)發(fā)展，這一點具有重要的戰(zhàn)略意義。這兩天協(xié)會正在帶著世行專家去考察現(xiàn)有的電池回收情況。包括更換處理、安全運輸、報廢回收以及資源再利用。我們知道報廢電池的危險性比新電池的危險性高，電池報廢以后怎么運回基地，有沒有可能開發(fā)創(chuàng)新的技術(shù)?在電池報廢前進行安全處理，使它絕對不可能燃燒爆炸，這是儲能電池面臨的新課題。
所以說儲能電池的技術(shù)內(nèi)涵非常豐富，這六大技術(shù)內(nèi)涵需要我們從各個方面進行突破，而不僅僅是材料技術(shù)的突破。
行業(yè)痛點問題。儲能電池的四大綜合問題：成本高、壽命短、安全差、回收難。對于鋰離子電池來說，它是一個粘接涂布薄膜電極結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部極片并聯(lián)后極耳引出的核心設(shè)計思路，所以給電池單體以及電池系統(tǒng)的一致性設(shè)計帶來根本性的難題。昨天我們到科華，科華的陳總說納米顆粒材料在電池中的應(yīng)用需要納米級的機械控制和電力控制，這個很有道理。這就要求現(xiàn)有的電池制造控制精度非常高。為什么？因為它的電極層厚度只有很薄的100多微米，里面包含納米微米級的顆粒，所以要求高精度的控制，這樣使得電池制造成本的降低有相當大的難度。因此需要創(chuàng)新技術(shù)，例如，開發(fā)容量型超厚電極技術(shù)，以降低對制造精密度的絕對要求，降低儲能電池的制造成本。
因此我們說儲能電池的發(fā)展，已經(jīng)從當初對消費類電池的高能量密度的首要要求，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閷Φ统杀镜暮诵囊?。電池在手機中的使用是剛需，手機離不開電池，因此電池便宜也好，貴也好，必須要用電池。但是，儲能電池如果太貴的話電力系統(tǒng)可以不用，甚至可以用非儲能的手段解決一些儲能面臨的問題。所以“低成本”成為我們儲能電池發(fā)展的首要目標。
發(fā)展目標我大致解釋一下。狹義的儲能電池成本僅包括一次（采購）成本，廣義的儲能電池成本還包括二次（運維）成本和三次（回收）成本。其中，一次成本包括電池的材料成本和生產(chǎn)制造成本。在材料成本下降空間有限的情況下，通過電池結(jié)構(gòu)技術(shù)的顛覆設(shè)計，簡化電池生產(chǎn)工藝，降低制造成本和人力成本，將會是新型儲能電池重要的降成本方向。二次成本與電池使用壽命息息相關(guān)。需要結(jié)合材料技術(shù)和結(jié)構(gòu)技術(shù)，發(fā)展新型修復(fù)再生技術(shù)，提升電池使用壽命，降低容量型電池的度電成本和功率型電池的頻次成本。三次成本主要指電池的回收成本。目前儲能電池的回收再生環(huán)節(jié)若要做到完全符合環(huán)保標準的要求，成本還是非常高的，需要有創(chuàng)新的電池設(shè)計思路和回收再生思路，降低電池的三次成本。
現(xiàn)在儲能電池成本相對較高，因此可以首先應(yīng)用在一些互補的場景，在未來，隨著成本的下降，再逐漸往競爭的場景應(yīng)用。
第二個長壽命，電池循環(huán)次數(shù)壽命是日歷使用壽命的基礎(chǔ)，但并不等同于電池的實際日歷使用壽命。目前，還缺乏合適的加速老化實驗標準能夠?qū)?yīng)電池實際的日歷衰減變化。未來除了需要建立相關(guān)測試標準以外，還需要開發(fā)創(chuàng)新的在線修復(fù)再生技術(shù)，提升儲能電池的日歷使用壽命，滿足實際儲能的工況要求。如果實驗室測試電池循環(huán)壽命是3650次，即使一天一充一放，一年365天共365次，十年剛好3650次，我們也不能說該電池就具備十年的日歷使用壽命。因為電池是一個高度非平衡的化學(xué)體系，既使是不充放電，放在某個地方，它的性能也是在衰減的，這點很重要。所以未來要開發(fā)再生技術(shù)，原因在這里。而且，應(yīng)用發(fā)展方向會由現(xiàn)在的被動更換到以后的主動運維，我們需要主動運維。我們的抽水蓄能電站一年運維費差不多七千萬元到八千萬元，為什么電化學(xué)儲能系統(tǒng)就不需要運維？這是不可能的。
第三個是目標是高安全。儲能電池的安全性非常重要。相對而言，水系電池如液流電池、鉛酸電池等安全性較好，能夠滿足儲能電站的安全性要求，但也需要嚴格控制電池的充電截止電壓，以防止水溶液過壓電解后的析氫爆炸；有機系鋰離子電池的安全性問題較為突出，目前總體而言處于安全及格線60分上下的水平，有待技術(shù)突破；固態(tài)電池不含易燃的電解液，因此具有最高的安全性，在未來實現(xiàn)量產(chǎn)后有可能會首先應(yīng)用到高安全要求的某些特殊場景。但是，固態(tài)電池要規(guī)模應(yīng)用于電力儲能，在降本增壽和系統(tǒng)一致性方面還有相當?shù)睦щy需要克服。另外，固態(tài)電池的回收處理也是一大難題。
避免電池（內(nèi)部或外部）短路的安全預(yù)防技術(shù)以及在電池短路發(fā)生后的應(yīng)急維護技術(shù)是儲能電池安全技術(shù)發(fā)展的重要方向。僅僅通過外部滅火裝置進行儲能鋰電池的安全保護，是遠遠不夠的，未來必須開發(fā)顛覆性的電池結(jié)構(gòu)技術(shù)和安全維護技術(shù)，從電池內(nèi)部徹底解決電池的安全問題，確保儲能電池的安全運輸和儲能電站的安全運行。
第四個目標，易回收。資源的循環(huán)再生利用將是儲能電池未來規(guī)模應(yīng)用面臨的最大挑戰(zhàn)。儲能電池要達到易回收的目標有三點基本要求：1、電池回收過程符合安全和環(huán)保標準；2、稀有貴金屬元素做到接近100%的再生利用；3、電池有一定回收殘值。
現(xiàn)在示范應(yīng)用的儲能鋰電池系統(tǒng)基本上沒有考慮到未來電池報廢后的回收處理環(huán)節(jié)。更為嚴重的是，目前電池界廣泛存在一種錯誤的觀念，認為報廢鋰電池富含各類有價值的貴金屬，因此根本不用擔心回收處理的問題。
實際情況是，報廢電池的“價值”與“環(huán)?！敝g存在較為嚴重的沖突和矛盾，現(xiàn)有儲能鋰電池的材料體系選擇和電池結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得完全符合環(huán)保要求的有價值的回收處理工作非常困難。可再生能源的發(fā)展需要可再生儲能的支撐，如果儲能電池材料資源不能得到很好的循環(huán)利用，比如目前電池的鋰元素只有70%多得以回收利用。目前若要達到90%以上的回收率，技術(shù)上完全可以做到，但是成本上根本接受不了。現(xiàn)在只是把有利可圖的元素提煉出來，其它不好處理的再進行報廢填埋。未來若要爭取90%以上的材料回收，必須開發(fā)易回收的新型的儲能電池結(jié)構(gòu)技術(shù)和回收技術(shù)。
我們現(xiàn)有的示范和商業(yè)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)當然是基于現(xiàn)有相對成熟的技術(shù)產(chǎn)品，比如磷酸鐵鋰電池，現(xiàn)在已逐步應(yīng)用于電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)的儲能電站建設(shè)。但基于上述發(fā)展目標的差距，未來我們還需要發(fā)展新的儲能電池技術(shù)，需要徹底脫離小型電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，開發(fā)顛覆性的大型儲能電池技術(shù)，例如，適用于容量型儲能的漿料電池技術(shù)，適用于功率型儲能的高壓電池技術(shù)，以及其它技術(shù)方向。百花齊放，百家爭鳴。下面我簡單地介紹一下我們的工作。
鋰漿料電池，電池的全部或部分電極是由漿料態(tài)的儲鋰活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和電解液構(gòu)成。鋰漿料電池（Lithium Slurry Battery）的技術(shù)名稱是由我們團隊在2015年發(fā)明專利中第一次正式提出，但最初的研發(fā)工作在8年以前就開始了。與傳統(tǒng)鋰離子電池的固定粘結(jié)電極不同，鋰漿料電池具有超厚漿料電極和可維護再生的兩大顯著的技術(shù)特征。
超厚漿料電極：漿料態(tài)的電極厚度可以達到毫米級的超級厚度，是普通鋰離子電池涂布粘接電極厚度的10倍以上，絕對精度控制更容易，電池制造成本降低，單個電極片容量大幅提升，更適合提供大容量的儲能電力輸出；非粘結(jié)狀態(tài)電極不存在松動脫落問題，動態(tài)使用壽命長。
可維護再生：當電池使用一段時間性能下降后，通過換液再生技術(shù)修復(fù)電池內(nèi)部界面，重新提升電池活力，延長日歷使用壽命；電池報廢后，非粘結(jié)態(tài)電極易于回收處理，實現(xiàn)90%以上材料的低成本循環(huán)再生利用。
目前鋰漿料電池已經(jīng)在光伏儲能系統(tǒng)和低速電動車里開展示范應(yīng)用。這是第三方的安全測試，這是專利，我們已經(jīng)申請90多項發(fā)明專利，在國際上有獨立自主的技術(shù)卡法路線。這是我們的中試基地，一共1400平米，已經(jīng)開發(fā)了第一代中試產(chǎn)品，目前正在開發(fā)第二代，預(yù)計下半年可以開始放大生產(chǎn)線的建設(shè)。
儲能的應(yīng)用場景多元。因此沒有任何一種技術(shù)能把所有的儲能問題解決。鋰漿料電池是典型的容量型電池，不適合在高倍率下運用，所以高功率儲能場景需要其他一些新的技術(shù)開發(fā)好應(yīng)用，比如高電壓電池。
總結(jié)，第一，以需求為導(dǎo)向，要根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的實際需求發(fā)展相適應(yīng)的儲能技術(shù)，低成本、長壽命、高安全、易回收是儲能電池技術(shù)發(fā)展的總體目標。第二，未來需要創(chuàng)新，而且不僅僅是材料創(chuàng)新，還包括結(jié)構(gòu)技術(shù)、制造技術(shù)、修復(fù)技術(shù)、回收技術(shù)，以及應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新，有很多的研發(fā)工作要做。第三，盡管有各種各樣的新型技術(shù)在實驗室出現(xiàn)，在實際應(yīng)用中，最近五年，針對不同儲能應(yīng)用場景進行創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計的專門的大容量，大功率的儲能鋰電池將得到最廣泛的應(yīng)用。儲能從促進可再生能源消納到降低可再生能源利用成本，任重道遠，還有很長的路要走。
最后，協(xié)會和我們電工所核心期刊《電工電能新技術(shù)》合作，今年會出一期儲能應(yīng)用?？?，是正刊發(fā)表，核心收錄。歡迎大家踴躍投稿，投稿郵箱：cies2019@126.com。謝謝！
（本文內(nèi)容根據(jù)演講人錄音整理）
