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行業(yè)峰會(huì)

2023中國(guó)國(guó)際新型儲(chǔ)能發(fā)展峰會(huì)院士觀點(diǎn)薈萃|深電協(xié)盤點(diǎn)

佚名2023-10-21
10月17日,以“洞悉能源變革新趨勢(shì)、構(gòu)建儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)新生態(tài)”為主題的2023中國(guó)國(guó)際新型儲(chǔ)能發(fā)展峰會(huì)(INES2023)在深圳舉行,在此次論壇上,5位院士分別...

10月17日,以“洞悉能源變革新趨勢(shì)、構(gòu)建儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)新生態(tài)”為主題的2023中國(guó)國(guó)際新型儲(chǔ)能發(fā)展峰會(huì)(INES2023)在深圳舉行,在此次論壇上,5位院士分別就當(dāng)前儲(chǔ)能發(fā)展中面臨的各類痛點(diǎn),分享了最新看法和相關(guān)的解決方案。


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趙天壽院士:長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)存在較大缺口,是儲(chǔ)能技術(shù)的重要發(fā)展方向

中國(guó)科學(xué)院院士趙天壽院士在《長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能》的分享中指出,儲(chǔ)能將成為保障能源安全的核心技術(shù)之一。未來要實(shí)現(xiàn)碳中和,意味著風(fēng)光用能占比將提升至60%,對(duì)應(yīng)風(fēng)光裝機(jī)50億千瓦,按照20%-50%配儲(chǔ)能測(cè)算,對(duì)應(yīng)儲(chǔ)能裝機(jī)10-25億千瓦,將超過目前煤電裝機(jī)總量,行業(yè)年產(chǎn)值超萬億元。他同時(shí)指出構(gòu)建新型電力系統(tǒng)需要不同時(shí)長(zhǎng)的規(guī)?;⒏甙踩珒?chǔ)能技術(shù),而長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能缺口最大。而電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中,液流電池儲(chǔ)能體系具有儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)靈活、適合長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能、易規(guī)模化、無地域現(xiàn)狀等優(yōu)勢(shì),是較理想的儲(chǔ)能技術(shù),有望滿足新型電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的所有要求。趙天壽認(rèn)為,推動(dòng)液流電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵,在于提升電池電流密度及電解液利用率,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)降本。而提升液流電池電流密度關(guān)鍵在于突破液流電池所涉及的界面特性、電荷轉(zhuǎn)移和界面溫度濃度等界面電化學(xué)反應(yīng)問題和傳輸機(jī)理、尺度效應(yīng)和結(jié)構(gòu)特征等空間能質(zhì)傳遞特性等電化學(xué)問題。他分享了他的研究思路,建議從熱物理與電化學(xué)學(xué)科交叉的研究視角出發(fā),研究跨尺度多子傳遞與電化學(xué)反應(yīng)耦合機(jī)理;多場(chǎng)驅(qū)動(dòng)多子傳遞與反應(yīng)協(xié)同調(diào)控方法;熱-電化學(xué)耦合理論,從而探索出高性能低成本長(zhǎng)壽命液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。

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成會(huì)明院士:寬溫域電池需求迫切,鋁負(fù)極具有較好的寬溫優(yōu)勢(shì)中國(guó)科學(xué)院院士成會(huì)明做《寬溫域鋁基儲(chǔ)能電池的研發(fā)進(jìn)展》主題報(bào)告時(shí),分享了國(guó)內(nèi)外寬溫域電池的在電極材料和電解液方面的研究現(xiàn)狀,當(dāng)前美、法、德、日等國(guó)家都已進(jìn)行相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)布局,我國(guó)在電極材料方面處于領(lǐng)跑地位,其中鋁基復(fù)合負(fù)極可以支持零下70攝氏度,深圳先進(jìn)院的寬溫鋰電已實(shí)現(xiàn)負(fù)70-80攝氏度寬溫。在電解液方面,我國(guó)復(fù)旦大學(xué)乙酸酯類溶劑實(shí)現(xiàn)負(fù)70攝氏度到55攝氏度、氟化電解液實(shí)現(xiàn)負(fù)30到70攝氏度,在國(guó)際上處于并跑狀態(tài)。

當(dāng)前,鋁被應(yīng)用于一次鋁-空氣電池、可充電鋁-氧氣電池、鋁離子電池、鋁-石墨雙離子電池、鋁-硫電池等。而鋁在鋰離子當(dāng)中的應(yīng)用最常用作正極集流體,在鋰離子負(fù)極活性材料以基礎(chǔ)研究為主,目前中科院深圳先進(jìn)院率先開展中試研究。成會(huì)明所在的團(tuán)隊(duì)通過對(duì)鋁負(fù)極的探索,提出了鋁負(fù)極/集流體一體化設(shè)計(jì)思路,驗(yàn)證了鋁負(fù)極具有明顯寬溫域優(yōu)勢(shì)。但鋁負(fù)極面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于鋁負(fù)極體積膨脹粉化,界面反應(yīng)不均。在解決體積膨脹粉化上,目前的解決方案:一是從鋁基負(fù)極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)著手,采用多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與表面碳包覆相結(jié)合,改善結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)表明:多孔鋁/碳復(fù)合負(fù)極較未改性鋁負(fù)極電池循環(huán)性能提升約5倍;其次,通過中空鋁/碳復(fù)合微球修飾設(shè)計(jì),提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性;第三,通過一體化、柔性電極設(shè)計(jì),減少界面阻抗,提高倍率性能。在界面調(diào)控方面:一是通過活性/非活性異質(zhì)納米界面改性鋁負(fù)極,改善反應(yīng)均勻性。

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楊裕生院士:硫-鋰子電池安全性、比能量和循環(huán)性高,既可用于動(dòng)力電池及規(guī)模儲(chǔ)能

中國(guó)工程院院士楊裕生在分享《新型儲(chǔ)能電池----硫-鋰離子電池》中,指出:與鋰硫電池和原有鋰離子電池相比,硫-鋰離子電池體系具有眾多優(yōu)勢(shì)

1.循環(huán)壽命優(yōu)于鋰硫電池,且無穿梭效應(yīng),電解液廉價(jià);

2.消除鋰硫電池的鋰枝晶短路安全隱患;

3.電池比能量高于磷酸鐵鋰鋰離子電池,與三元電池相當(dāng);

4.有機(jī)硫化物電位低,不致像三元材料那樣會(huì)氧化電解液,電池安全性提高;電導(dǎo)率在109至104Scm1,遠(yuǎn)高于單質(zhì)硫10-30Scm1,有利于改善電池倍率性能;

5.不需稀缺的鎳鈷金屬,可謂“資源無限”;

6.以金屬鉀(鈉)替換鋰,就可做出鉀(鈉)離子電池。

他認(rèn)為硫-鋰離子電池亦存在不足:一是有機(jī)硫化物的電位偏低,串聯(lián)的節(jié)數(shù)要加多;二是要多用鋰;但制備耗能少,可以抵消鋰價(jià)。在新能源領(lǐng)域“安全第一”逐漸深入人心的背景下,他預(yù)期-鋰子電池安全性、比能量和循環(huán)性高,既可用于動(dòng)力電池及規(guī)模儲(chǔ)能,未來規(guī)??膳c磷酸鐵鋰,三元材料相當(dāng)。同時(shí),他指出-鋰離子電池新體系SPAN的原始專利已到期,而硫-鋰離子電池未申請(qǐng)專利,他呼吁產(chǎn)學(xué)研資各界協(xié)同合作,共同推動(dòng)我國(guó)新型電池大步向前進(jìn)!中國(guó)工程院院士楊裕生在分享《新型儲(chǔ)能電池----硫-鋰離子電池》中,指出:與鋰硫電池和原有鋰離子電池相比,硫-鋰離子電池體系具有眾多優(yōu)勢(shì)

1.循環(huán)壽命優(yōu)于鋰硫電池,且無穿梭效應(yīng),電解液廉價(jià);

2.消除鋰硫電池的鋰枝晶短路安全隱患;

3.電池比能量高于磷酸鐵鋰鋰離子電池,與三元電池相當(dāng);

4.有機(jī)硫化物電位低,不致像三元材料那樣會(huì)氧化電解液,電池安全性提高;電導(dǎo)率在109至104Scm1,遠(yuǎn)高于單質(zhì)硫10-30Scm1,有利于改善電池倍率性能;

5.不需稀缺的鎳鈷金屬,可謂“資源無限”;

6.以金屬鉀(鈉)替換鋰,就可做出鉀(鈉)離子電池。

他認(rèn)為硫-鋰離子電池亦存在不足:一是有機(jī)硫化物的電位偏低,串聯(lián)的節(jié)數(shù)要加多;二是要多用鋰;但制備耗能少,可以抵消鋰價(jià)。在新能源領(lǐng)域“安全第一”逐漸深入人心的背景下,他預(yù)期-鋰子電池安全性、比能量和循環(huán)性高,既可用于動(dòng)力電池及規(guī)模儲(chǔ)能,未來規(guī)??膳c磷酸鐵鋰,三元材料相當(dāng)。同時(shí),他指出-鋰離子電池新體系SPAN的原始專利已到期,而硫-鋰離子電池未申請(qǐng)專利,他呼吁產(chǎn)學(xué)研資各界協(xié)同合作,共同推動(dòng)我國(guó)新型電池大步向前進(jìn)!

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劉科院士:基于可再生能源的綠色甲醇技術(shù)氫能技術(shù),是現(xiàn)實(shí)的碳中和路徑

澳大利亞國(guó)家工程院外籍院士/南方科科技大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院院長(zhǎng)及清潔能源研究院院長(zhǎng)劉科在《碳中和背景下的儲(chǔ)能及長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)》中提到,儲(chǔ)能要從宏觀的視角、科學(xué)的態(tài)度來看,未來大規(guī)模的電池儲(chǔ)能方式必須和核電的成本競(jìng)爭(zhēng),GW級(jí)的儲(chǔ)能方式需要整個(gè)電力行業(yè)去思考。另外,除了短時(shí)儲(chǔ)能還要考慮長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能,液體是最佳的能源載體也是最佳的儲(chǔ)能載體。基于成本、安全等綜合考慮,他認(rèn)為綠色甲醇是碳中和背景下的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù),并提出了現(xiàn)實(shí)的碳中和路徑:基于可再生能源的綠色甲醇技術(shù)氫能技術(shù)。他指出,如使用生物質(zhì)為碳源,產(chǎn)品甲醇中,綠色能源構(gòu)成100%;如使用煤炭為碳源,產(chǎn)品甲醇中,綠色能源構(gòu)成-75%;不穩(wěn)定的可再生能源用綠色甲醇存儲(chǔ)。他還進(jìn)一步指出,綠色甲醇混合動(dòng)力可解決電動(dòng)車?yán)锍探箲],過冬及快充站建設(shè)等痛點(diǎn)。此外,綠色甲醇是交通領(lǐng)域最低成本的解決方案。與汽柴油相比能夠,使用綠色甲醇作為燃料,能夠降低顆粒物、氮氧化物及CO2等排放。未來,甲醇基燃料可用于汽車、船舶、無人機(jī)。

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孫金華院士:守住電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)的安全底線,是實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的最基本保障

歐盟科學(xué)院院士孫金華在《電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)火災(zāi)形勢(shì)及安全技術(shù)挑戰(zhàn)》中指出,安全是電化學(xué)行業(yè)發(fā)展的痛點(diǎn)和瓶頸問題。2022年全球儲(chǔ)能電站,公開報(bào)道17起火災(zāi),每座儲(chǔ)能電站每年接近千分之二或三的概率。他建議從技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、管理的角度多方系統(tǒng)提升電化學(xué)儲(chǔ)能的安全實(shí)踐,守住電化學(xué)儲(chǔ)能安全底線,保障行業(yè)健康發(fā)展。針對(duì)電池安全的技術(shù)方面,他給出了如下解決舉措。一是從電池材料、全電池系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝提升電池的安全性,發(fā)展電化學(xué)性能良好的本質(zhì)安全型儲(chǔ)能電池;二是大力發(fā)展鋰電池極早期故障診斷技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化與工程應(yīng)用,如超聲無損監(jiān)測(cè)技術(shù)、電池?zé)崾Э卦缙诠饫w原位監(jiān)測(cè)技術(shù)串、并聯(lián)電池組虛接及電池內(nèi)部微短路故障診斷技術(shù)等;三是發(fā)展集熱管理、故障診斷、監(jiān)測(cè)預(yù)警和滅火協(xié)同的一體化技術(shù);四是基于互聯(lián)網(wǎng)和云數(shù)據(jù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)智能安全管理技術(shù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控+智能預(yù)測(cè)+分級(jí)預(yù)警+高效處置>系統(tǒng)安全;五是,探索站房式儲(chǔ)能電站安全防控技術(shù)系統(tǒng)。