中國儲能網(wǎng)訊：11月24-26日，由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務廳、長沙市人民政府、中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會聯(lián)合主辦，100余家機構共同支持的湖南（長沙）電池博覽會暨第二屆中國國際新型儲能技術及工程應用大會在長沙圣爵菲斯大酒店召開。此次大會主題是“新能源、新機遇、新高度”。
會議期間，組委會邀請了長沙理工大學教授、長沙理工大學儲能所所長賈傳坤分享主題報告《大規(guī)模儲能液流電池技術產業(yè)化思考》。以下是發(fā)言主要內容：
賈傳坤：我今天給大家報告的題目是《大規(guī)模儲能鐵硫液流電池產業(yè)化的思考》。
大的背景就不用了，“碳達峰”、“碳中和”，“雙碳”背景目前儲能遇到了前所未有的機遇和挑戰(zhàn)，可能在座的一些老朋友在一年前長沙同樣的液流電池會的時候，可能也是印象比較深刻。當時我說的是在座的會出來中國的首富，因為當時我給大家也分析了太陽能和風能發(fā)展的時候，在2005年無錫尚德的施正光一度成為了首富。他成為首富之后，咱們的能源出現(xiàn)了四個字，氣風、氣光。氣風、氣光解決不了這個問題怎么辦呢？我們就想到了用分散式移動的能源來消納風和光，所以說應運而生的就是補貼電動汽車。在2009年、2010年的時候一度把比亞迪的王傳福補成了中國首富?；叵肫饋磉@些大的能源決策背景下，大家會發(fā)現(xiàn)，走到最后儲能反而是現(xiàn)在比較關鍵核心的技術?？赡茉谝粌赡昵拔艺f在座的各位企業(yè)家會出來中國首富，大家可能覺得笑笑就可以了，做做夢，夢想總是有的，萬一哪天成了。
經(jīng)過今年的形勢，在座的各位可能都感受到了，尤其是以釩電池為代表的液流電池，在今年是經(jīng)歷了，反正是我職業(yè)生涯以來最火爆的一年。每天看到這個新聞，開玩笑，我做了十幾年液流電池，我每天都感覺我身價過億，是億萬富豪了，因為每天里面的融資都是幾十億、上百億。當然這是一個好事，2019年儲能最冷的時候，韓國電站起火爆炸，大家都覺得是到了儲能的低谷、冰點期，我給大家打氣、鼓勁，因為我堅信大規(guī)模儲能是未來主要的爆發(fā)點。
現(xiàn)在形勢比較火爆的情況下，我想著給大家潑點冷水，因為液流電池領域發(fā)展了這么多年，也經(jīng)歷了種種轉折點的事件，在好的形勢下經(jīng)不起太多的折騰了，如果再折騰的話，在“雙碳”這么好的情況下，大家把它折騰完蛋了，我想在座的各位都是做液流電池的，可能都要轉行了。在這里我也呼吁大家，液流電池的路線很多，在現(xiàn)在的大規(guī)模儲能爆發(fā)的龐大市場體系下，每一種液流電池都會找到它合適的應用場景。都會形成一個完整的產業(yè)鏈，為什么呢？大家可以看看鋰電池的三元鋰電和磷酸鐵鋰，中間也是經(jīng)歷了多長時間的斗爭?，F(xiàn)在大家可以看，磷酸鐵鋰有比亞迪，三元有寧德時代，所以我想我們液流電池也會經(jīng)歷20年前鋰電池經(jīng)歷的一個過程。未來我是比較有信心的，每一種液流電池可能都會孵化若干有代表性的知名上市公司，包括今天楊總也在，銀峰的吳總也在，這都是潛在的。
“雙碳”就是二氧化碳達到一個平衡，老話常談，傳統(tǒng)的化石燃料、新能源。新能源不連續(xù)、不穩(wěn)定，在電網(wǎng)側俗稱垃圾電必須經(jīng)過大規(guī)模儲能的裝置把它轉變?yōu)槠椒€(wěn)、安全的電，才能實現(xiàn)它有效的應用。很早大家講液流電池的時候就說它是一個大型的電力銀行，就類似于電力部門的五大行。尤其是習主席在這兩年很多場合提的“兩個安全”，一個是能源安全，一個是糧食安全。能源安全，習主席在去年時說把能源的飯碗端在自己手上，怎么端？就是把電高質量、高安全的使用，而不是早期的有電用、沒電用的概念。應運而生的就是在“雙碳”背景下，儲能是最關鍵、最核心的技術。
隨著“雙碳”提出儲能重要性的突出，出來了哪些政策呢？這是我今年上半年統(tǒng)計的，我現(xiàn)在都統(tǒng)計不完了，每天都有新的政策，必須有代表性的就是國務院的“1+N”的政策體系，把大規(guī)模儲能提到非常高的地位。儲能很重要，怎么干？怎么去推動儲能的發(fā)展呢？不會出現(xiàn)像補貼太陽能、風能和電動汽車那樣豪放式、一刀切的補貼了，所以說現(xiàn)在出現(xiàn)了兩種刺激性的政策，一個是電網(wǎng)側的拉大、峰谷差價，讓你有利可圖。另外就是發(fā)電側，風光在招標的時候，基本上全國招標有5-20%不等，必須配儲能，這也是現(xiàn)在所有的國企、央企為了爭取在2025年達峰，現(xiàn)在都在跑馬圈地做風和光，但是風和光剛才講了必須配備儲能。我想在后面3-5年內，5-20%是遠遠不夠的，可能比例會大幅度提升，儲能的市場又會迎來一次爆發(fā)式的劇增。這是上半年于總預計2025年是55GWh，可能這個數(shù)字要翻幾倍了，因為現(xiàn)在儲能的形式是日新月異，每天都在變化。我想在座的各位可能比我更了解儲能市場的重要性。
儲能就是在幾大側的應用，這個我就不講了，各位都是專家，它說白了就是大規(guī)模的電力銀行，沒有這個電力銀行，可能就跟金融界通貨膨脹一樣。在這么好的形勢下，尤其是前段時間能源局出臺了一個文件，但是那個文件我是辯證的看它，因為說了三元鋰電和鈉硫，在儲能上是不能應用的，磷酸鐵鋰在人員密集區(qū)要慎用，但是我看它是辯證的去看，因為鋰電池作為儲能，應該以規(guī)模來界定它使用的場景。在新形勢下，大規(guī)模儲能對電池的安全性和性價比提出了更高的要求。在這種情況下，液流電池本身最大的特點就是安全，不會起火爆炸，如果你的電解液體系是比較溫和、中性的體系，你在關鍵的時刻還能起到滅火的作用。但是目前傳統(tǒng)的液流電池，可能在座的基本上大部分都是做釩電池的，咱們的確要客觀的說釩電池，還有液流電池的投入成本低，一直是被其他電池領域在拿來說故事的，但是因為企業(yè)家和社會上的資本都是關注投資回報期的，所以一說這個事情的時候就說液流電池比較貴，但是沒問題，說我們貴是好事，促進我們進步，要辯證看待這個問題。怎么辦呢？
我2018年回國的時候，研究工作者大家都在尋找儲量豐富、便宜的液流電池體系，有水系，有錳、鈦、鐵、鉻，還有鐵硫、鋅鐵，發(fā)展得很多。我今天主要給大家想分享的就是我們在2017年做的體系，就是一個中性的鐵硫的液流電池體系，為什么要做這個體系，因為當時正好經(jīng)歷五氧化二釩，釩的價格從幾萬塊錢一噸漲到了幾十萬塊錢一噸，我不知道有沒有融科，融科應該體會比較深，就是在2017年、2018年、2019年漲價的時候，當時對釩電池的打擊是比較大，所以我回國之后，我就給來找我合作的朋友說了一句話，沒有釩礦我就堅決不搞釩電池體系，我只做關鍵材料。也基于這個背景，我們就在找儲量比較豐富的元素，第一直觀的反應鐵是儲量比較多的。硫元素是一個多價態(tài)，儲量也非常豐富、非常便宜，尤其咱們湖南對硫還是比較有優(yōu)勢的，瀏陽煙花走遍世界。當時也要借助這個東西來說一些故事，所以說液流電池商業(yè)化的關鍵材料，我總結就是這幾大要素，一個是能量功率成本和壽命，我個人把它定義成液流電池產業(yè)化的黃金三角法則，可能不對，請大家批評指正。
在2017年的時候我們就展示出了世界上第一個中性的鐵硫的液流電池，它的定位相對低一些，有0.97伏，但是有一個主要的優(yōu)勢就是它成本低，鐵和硫的成本是遠遠低于釩，我們做的過程中也擔心液流電池正負級的元素不一樣，會有交叉污染，但是我們做了大量實驗發(fā)現(xiàn)鐵和硫分子的尺寸相對大一些，膜之間的滲透、交叉污染會非常小，所以說鐵和硫的體系，它的庫倫是一直接近百分之百的。我們做了大量的實驗，也驗證了這個機會，這對我們來說是非常好的優(yōu)勢，它如果解決了交叉污染，電解液的回收再利用就會少了很多制約點。鐵、硫剛才介紹了又便宜、又穩(wěn)定，還是中性的，是不是理想的方案？現(xiàn)階段我跟大家說它的功率密度還是非常小的，它現(xiàn)在電密只能保證在50的電流密度下，它的效率達到80%。這樣帶來了什么結果？電堆的功率成本會比釩電池的高1-2倍，所以第一代的產品做了一個整體的核算，如果到8小時以上的話，它系統(tǒng)的成本可以到2750，10小時可以到1300。在這種情況下，相對于磷酸鐵鋰和其他體系還是比較有競爭力的，我們就開發(fā)了電極膜雙極板材料，按進一步提高它的功率密度，降低成本。我們現(xiàn)在可以做到80-100電力的情況下，可以保證它8小時以上，它的成本就可以降到2000塊錢。10小時以上可以到1700塊錢，這是一個非常有競爭力的數(shù)字，但是在8小時以前，目前我們和釩電池還是有一定的差距，這個必須客觀的說。
對于目前來說，對于6小時、8小時以前的市場，我們可以兼顧做一些，肯定還是釩電池主戰(zhàn)場。有做鐵的，我們現(xiàn)在最常用的是鐵硫化鉀的，大家都知道哈佛大學用了正極的鐵硫化鉀，它的溶解度只能到0.4摩爾，很低。這就導致了整個電池體系的能量密度比較低，如果在北上廣深這種地區(qū)做一個大規(guī)模電站這樣落地的話，這個成本就會增加了。我們就嘗試了一個很巧妙的辦法，在正極鐵的一側，合成了一個鐵的固體，利用了氧化還原靶向的反應作為一個媒介，讓鐵的固體在儲液罐里就可以存儲能量，現(xiàn)在就相當于正極鐵的溶解度可以提升到11.04摩爾，這是一個什么概念呢？相當于比哈佛大學提升200倍、300倍，我們可以做到能量密度達到260瓦時每升，溶解鐵之后，有些鐵可以沉浸到正極的電極上，對整個系統(tǒng)的功率有一個促進的作用，因為都是一個氧化還原靶向促進電化學反應過程。它的功率會進一步的提升，基于這個體系，大家看右下角，我們可以做到8小時1500塊錢，10小時就是1300塊錢，4個小時也可以做到2500塊錢每千瓦時，所以還是有一定的競爭力的。和磷酸鐵鋰比也是不怕的。包括2019年的時候，我都跟大家講鋰電池的漲價是必然的，指數(shù)會爆漲，那時候別人都在說我開玩笑，結果現(xiàn)在事實證明我說得還是對的。所以我們對這個體系還是比較有信心的，因為它是非常穩(wěn)定的。
現(xiàn)在我們主要在做的事情就是電極、隔膜、雙極板，還有溶液的回收再利用，這塊工作，我們正在做這部分，把整個鏈條打全了，這樣就是一款有絕對競爭力的重大規(guī)模儲能的體系。在膜的工作給各位匯報一下，我們開發(fā)了國產的膜，這個膜只能用在我們鐵的體系，用在釩的體系效果不好。鐵的體系我可以很自豪的說比杜邦的膜效果還好，因為我們是鐵和硫的體系，包括鋅鐵的體系。2021年的時候山東聯(lián)盟化工集團投了1.12億建了年產10萬平的膜產業(yè)，現(xiàn)在在擴產，今年底的產線會完全建好。還是那句話，它只適合腐蝕性小的，在酸性體系里面，這個膜的穩(wěn)定性還是抗不住的。在堿性和中性體系的是沒有問題的，如果在座的有做堿性和中性體系膜的歡迎大家來交流合作。另外電極這塊我們也做了世界上首款石墨烯的電級材料，當然這是2019年報道的石墨烯，現(xiàn)在我們石墨烯已經(jīng)做得更好了，可以在碳纖維上長了很漂亮、很均勻的石墨烯材料，它對鐵和硫的促進催化有非常高的提升。當然硫那一側是比較復雜的，我們也做了一些氧化物的探索，目前效果還是很不錯的。
電解液這塊就非常簡單了，它不需要這么復雜，我們只需要鐵和硫的原材料做一個配方混一下就可以達到很好的效果，目前合作的公司這邊也有產品?？偨Y，液流電池在劉素琴這邊我還是一個新兵，我是2007年開始做的，2009年做的小電堆，回國以后我們直接就做了5000W電堆小的示范。
天時地利剛才都說了，成一件事最主要的就是人和，所以在這個過程中接觸了湖南創(chuàng)達儲能科技公司，他們謝董事長是一個比較有情懷的企業(yè)家，在十幾年前太陽能不火的時候大量的資金投了太陽能，最后技術輸出成就了溶劑，所以在儲能方面我們也是比較投緣，志向相投的人就能把這個事情搞起來。目前我們在長沙有一個在建100兆瓦鐵硫體系的產線，希望在座的各位有時間去交流、指導。我對這個電池是比較有信心的，我定義的一句話是“鐵血丹心，中流砥柱”，我們的目標，結合湖南的“三高四新”，我們想把創(chuàng)達打造成引領世界的鐵硫液流電池技術高地，也希望在座做液流電池關鍵材料的企業(yè)朋友和高校的（朋友）能夠給我們多多的支持和合作，也歡迎大家來企業(yè)指導工作。
總結一下，我們在電極、隔膜、電解液體系做了初步的探索，目前我們爭取3-5年能夠打造鐵硫液流電池的目標，最終電池的成本，在8小時以上，我們想讓它降到1000塊錢的成本，這是我們的目標，目標當然要定得遠大一些，8小時以上。有個前提，我們在4小時的時候目標是2000塊錢一千瓦時，整個系統(tǒng)度電成本爭取做到一毛五到一毛。（圖）這一頁圖我本來想刪掉的，我不想講，因為我怕得罪鋰電的一個企業(yè)，但是我必須得講，為什么？因為在北京大紅門爆炸之前，我當時說小規(guī)模儲能在5-10年內會是鋰電、鈉電的天下，當時我定了一個門檻小規(guī)模是20兆瓦，結果我講完之后一周北京大紅門爆炸，那個事件大家可能都知道，那是個里程碑的（事件）。所以我也呼吁國企、央企做儲能電站的時候一定要守住安全的底線，因為我覺得鋰電池它先天性的特點，上了一定的規(guī)模，尤其現(xiàn)在電池管理系統(tǒng)的技術管理水平，特斯拉在澳大利亞的磷酸鐵鋰電站還找了五天，我想咱們國內的企業(yè)電池管理系統(tǒng)的水平還達不到特斯拉的水平。所以說現(xiàn)在我把它定義10兆瓦級別以下，5-10年內肯定是鋰電、鈉電搭配的天下。但是在10兆瓦以上，中大規(guī)模儲能領域，安全是第一要素，為什么呢？因為我們的出發(fā)點就是能源安全，如果你不以總目標為目標的話，犧牲了安全為代價，我想這和國家的大方針是相反的。所以說大規(guī)模儲能，我不給出答案，我只說液流電池會是一個潛在的解決方案，不管哪一種液流電池在中大規(guī)模儲能都會有一席之地，我也呼吁做液流電池的各位朋友大家團結一致，把市場真正的做實、做大，我們每一個人都會跟著沾光的。
我希望液流電池做得比鋰電還紅火，也出來幾個比亞迪、寧德時代這種企業(yè)。我也相信在座的楊總、楊大偉老總，還有吳董都是有潛力的。（圖）這個是當時長沙市的市長胡忠雄市長去我實驗室的時候，后來我們報告就出了一個長沙市先進儲能的三年規(guī)劃，當然現(xiàn)在是升級版了，后來疫情期間他去了貴州，現(xiàn)在是貴州省常委，他對這個事情還是比較支持的，在2019年儲能比較冷的時候長沙市就出臺了先進儲能產業(yè)鏈的文件。（圖）這是工信廳的張廳長去我們那邊，這是自主的鐵硫示范。（圖）這是科技廳廳長去我們那邊，也是對鐵硫的體系非常關心的。（圖）這是當時湖南省委常委省委秘書長張劍飛去到我們那邊，他是個學術性的領導，比較了解液流電池，他對我們加固體的鐵硫是點了贊的，因為他比較了解鐵硫電池。（圖）這是我們團隊的組成，依托湖南省第一批的團隊，目前高校里面唯一的團隊。
最后，每一種液流電池都是有好的、爆發(fā)式的前景，我歡迎大家去實驗室，去創(chuàng)達指導交流，我也有信心，在座各位液流的，我們都可以把這個市場做好，謝謝大家！
