• 陳永翀:固態電池安全性好 降本增壽及回收難題待解

    中國科學院電工研究所多學科交叉研究中心儲能技術研究組組長/研究員陳永翀

    中國科學院電工研究所多學科交叉研究中心儲能技術研究組組長/研究員陳永翀

    電池百人會-電池網2月27日訊(陳語 巒水 圖文直播)光伏、風力發電和電化學儲能成本的快速下降,使得儲能在原來缺乏競爭力的領域也逐漸擁有競爭力,儲能的多重價值逐漸被挖掘出來。

    2018年,全球新增投運儲能項目的裝機規模為5.5GW,其中電化學儲能的新增投運規模最大,為3.5GW,同比增長288%。2018年,中國新增投運儲能項目的裝機規模為2.3GW,其中電化學儲能的新增投運規模最大,為0.6GW,同比增長414%。

    中國科學院電工研究所多學科交叉研究中心儲能技術研究組組長/研究員陳永翀表示,各類儲能技術已經開展商業或示范應用,在應用中展現了儲能的優勢,也逐漸暴露了一些問題,尤其是電化學儲能技術,距離“低成本、長壽命、高安全、易回收”的發展目標還有相當的差距,有待技術的顛覆性創新和突破。

    2月27日,在固態電池技術、智能裝備與市場應用研討會上,陳永翀發表了題為《電池儲能問題與發展方向探討》的主題演講。陳永翀介紹說,在各類儲能技術中,電池儲能是發展最快、最受關注的儲能技術方向。但是,目前電池儲能面臨四大問題:成本高、壽命短、安全差、回收難。

    陳永翀介紹,表征儲能電池的性能有許多特征參數,其中最為重要的是電池的功率特性和容量特性。因此,可以 根據不同儲能應用場景對于電池功率容量比值(W:Wh,簡稱C)的不同要求,大致將儲能電池分為 三種類型:容量型(≤0.5C)、能量型(≈1C)和功率型(≥2C)。比值越大,代表電池的功率密 度越高,但容量密度會低一些,單位容量的價格會更高些。

    電力調峰、離網型光伏儲能或用戶側的峰谷價差儲能,一般需要儲能電池連續充電或連續放電兩個小時以上,因此適合容量型儲能電池的應用;對于電力調頻或平滑可再生能源波動的儲能場景,則需要儲能電池在秒級至分鐘級的時間段快速充放電,所以比較適合功率型儲能電池的應用;而在一些同時需要承擔調頻和調峰的應用場景,能量型儲能電池會更適合些,當然,這種場景下也可以將功率型與容量型電池配合一起使用;在系統因故障而停電時, 又可以快速起到大型不間斷電源(UPS)的作用,避免突然停電帶來的損失。

    陳永翀進一步解釋說,現有儲能和動力鋰電池是由手機電池等微小型電池漸進式發展而來,除了將電池體積變大以外,還沒有脫離小型電池粘接涂布薄膜電極結構以及內部極片并聯后極耳引出的核心設計思路,這給容量型儲能電池的一致性設計造成了根本性的難題。另外,電池制造成本居高不下,使用存在安全隱患,電池報廢后的回收處理也非常困難。

    陳永翀建議,需要結合電池結構的顛覆設計,從根本上降低儲能電池生產工藝的復雜度 和生產設備的參數要求,降低儲能電池的制造成本。

    固態電池降本增壽及回收是難題

    此外,陳永翀強調,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上下的水平,有待技術突破;固態電池不含易燃的電解液,因此具有極高的安全性,在未來實現量產后有可能會首先應用到高安全要求的某些特殊場景。

    在陳永翀看來,避免電池(內部或外部)短路的安全預防技術以及在電池短路發生后的應急維護技術是儲能電池安全技術發展的重要方向。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,未來必須開發顛覆性的電池結構技術和安全維護技術,從電池內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。“當然,固態電池要規模應用于電力儲能,在降本增壽方面還有相當的困難需要克服。另外,固態電池的回收處理也是一大難題。”陳永翀坦言。

    鋰漿料電池有望填補鉛酸電池和鋰離子電池的應用空白區

    研討會上,陳永翀還介紹了鋰漿料電池——電池的全部或部分電極是由漿料態的儲鋰活性物質、導電劑和電解液構成。

    鋰漿料電池(Lithium Slurry Battery)的技術名稱由陳永翀團隊在2015年發明專利“一種鋰漿料電池反應器,CN 201510164222.1”中第一次正式提出。與傳統鋰離子電池的固定粘結電極不同,鋰漿料電池具有超厚漿料電極和可維護再生兩大顯著的技術特征。

    “鋰漿料電池性能優于鉛酸,價格低于鋰電。”陳永翀表示,漿料態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10~50倍,因此更適合提供大容量的儲能電力輸出。

    此外,鋰漿料電池可維護再生,當電池使用一段時間性能下降后,通過再生技術修復電池內部界面,重新提升電池活力,達到10年以上日歷使用壽命。電池報廢后,漿料可以回收處理,通過補充缺失的微量元素,再生后用于新電池生產。

    并且,鋰漿料電池通過第三方安全測試發現,電池在強行短路后不起火、不爆炸。

    電池儲能技術將向多元化發展

    最后,陳永翀總結說,儲能應用場景的復雜性決定了電池儲能技術的多元化發展方向。因此必須以需求為導向,根據不同應用領域的實際需求發展相適應的儲能技術;同時,低成本、長壽命、高安全、易回收是儲能電池技術發展的總體目標。

    陳永翀建議應高度重視大型電力儲能電池技術的基礎創新研究和知識產權布局,有必要徹底脫離原有小型電池的設計思路,開發顛覆性的大型儲能電池結構技術,在此基礎上結合材料研究,創新開發低成本的制造技術、安全延壽的修復技術和綠色環保的回收技術,以滿足不同儲能應用場景的需求,支撐儲能產業的創新突破發展。

    陳永翀還預計,基于鋰電池材料體系、針對不同儲能應用場景進行創新結構設計的大容量和大功率儲能鋰電池將得到廣泛的應用。

    (以上內容未經發言者本人審閱,僅供參考。) 

    固態電池技術、智能裝備與市場應用研討會

    【固態電池技術、智能裝備與市場應用研討會】

    2月27日,由電池網(微號:mybattery)、電池百人會(CBHA)、中關村新型電池技術創新聯盟聯合湖南省寧鄉市人民政府、寧鄉高新技術產業園區管理委員會、湖南省先進電池材料及電池產業技術創新戰略聯盟共同舉辦的固態電池技術、智能裝備與市場應用研討會順利召開,來自產學研各界的精英新年首聚湖南寧鄉,懷著對新電池技術的美好期待,共議固態電池專利掌控、技術瓶頸、配套裝備、市場應用等,探索下一代電池技術前行之路。

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