鉅大LARGE | 點擊量：2306次 | 2019年03月14日
儲能電池四大難題要解決
光伏、風(fēng)力發(fā)電和電化學(xué)儲能成本的快速下降，使得儲能在原來缺乏競爭力的領(lǐng)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(jī)規(guī)模為5.5GW，其中電化學(xué)儲能的新增投運規(guī)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(jī)規(guī)模為2.3GW，其中電化學(xué)儲能的新增投運規(guī)模最大，為0.6GW，同比增長414%。
中國科學(xué)院電工研究所儲能技術(shù)研究組組長/研究員陳永翀表示，各類儲能技術(shù)已經(jīng)開展商業(yè)或示范應(yīng)用，在應(yīng)用中展現(xiàn)了儲能的優(yōu)勢，也逐漸暴露了一些問題，尤其是電化學(xué)儲能技術(shù)，距離“低成本、長壽命、高安全、易回收”的發(fā)展目標(biāo)還有相當(dāng)?shù)牟罹?，有待技術(shù)的顛覆性創(chuàng)新和突破。
2月27日，在固態(tài)電池技術(shù)、智能裝備與市場應(yīng)用研討會上，陳永翀發(fā)表了題為《電池儲能問題與發(fā)展方向探討》的主題演講。陳永翀介紹說，在各類儲能技術(shù)中，電池儲能是發(fā)展最快、最受關(guān)注的儲能技術(shù)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(shù)，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(jù)不同儲能應(yīng)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。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
電力調(diào)峰、離網(wǎng)型光伏儲能或用戶側(cè)的峰谷價差儲能，一般需要儲能電池連續(xù)充電或連續(xù)放電兩個小時以上，因此適合容量型儲能電池的應(yīng)用；對于電力調(diào)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(yīng)用；而在一些同時需要承擔(dān)調(diào)頻和調(diào)峰的應(yīng)用場景，能量型儲能電池會更適合些，當(dāng)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(tǒng)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(jìn)一步解釋說，現(xiàn)有儲能和動力鋰電池是由手機(jī)電池等微小型電池漸進(jìn)式發(fā)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(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，這給容量型儲能電池的一致性設(shè)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(jié)合電池結(jié)構(gòu)的顛覆設(shè)計，從根本上降低儲能電池生產(chǎn)工藝的復(fù)雜度和生產(chǎn)設(shè)備的參數(shù)要求，降低儲能電池的制造成本。
固態(tài)電池降本增壽及回收是難題
此外，陳永翀強調(diào)，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(yán)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(jī)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(shù)突破；固態(tài)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(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。
在陳永翀看來，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(hù)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(jìn)行儲能鋰電池的安全保護(hù)，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(hù)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。“當(dāng)然，固態(tài)電池要規(guī)模應(yīng)用于電力儲能，在降本增壽方面還有相當(dāng)?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?！标愑懒?zhí)寡浴?/p>
鋰漿料電池有望填補鉛酸電池和鋰離子電池的應(yīng)用空白區(qū)
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(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（LithiumSlurryBattery）的技術(shù)名稱由陳永翀團(tuán)隊在2015年發(fā)明專利“一種鋰漿料電池反應(yīng)器，CN201510164222.1”中第一次正式提出。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(hù)再生兩大顯著的技術(shù)特征。
“鋰漿料電池性能優(yōu)于鉛酸，價格低于鋰電?！标愑懒埍硎?，漿料態(tài)的電極厚度可以達(dá)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(hù)再生，當(dāng)電池使用一段時間性能下降后，通過再生技術(shù)修復(fù)電池內(nèi)部界面，重新提升電池活力，達(dá)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(chǎn)。
并且，鋰漿料電池通過第三方安全測試發(fā)現(xiàn)，電池在強行短路后不起火、不爆炸。
電池儲能技術(shù)將向多元化發(fā)展
最后，陳永翀總結(jié)說，儲能應(yīng)用場景的復(fù)雜性決定了電池儲能技術(shù)的多元化發(fā)展方向。因此必須以需求為導(dǎo)向，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)；同時，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(biāo)。
陳永翀建議應(yīng)高度重視大型電力儲能電池技術(shù)的基礎(chǔ)創(chuàng)新研究和知識產(chǎn)權(quán)布局，有必要徹底脫離原有小型電池的設(shè)計思路，開發(fā)顛覆性的大型儲能電池結(jié)構(gòu)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上結(jié)合材料研究，創(chuàng)新開發(fā)低成本的制造技術(shù)、安全延壽的修復(fù)技術(shù)和綠色環(huán)保的回收技術(shù)，以滿足不同儲能應(yīng)用場景的需求，支撐儲能產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新突破發(fā)展。
陳永翀還預(yù)計，基于鋰電池材料體系、針對不同儲能應(yīng)用場景進(jìn)行創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計的大容量和大功率儲能鋰電池將得到廣泛的應(yīng)用。
