中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：“這個(gè)儲(chǔ)液罐里裝的是釩離子溶液，它不僅不可燃、不助燃，還能通過循環(huán)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存與釋放?！痹谔旖虼髮W(xué)國家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)和先進(jìn)內(nèi)燃動(dòng)力全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蔣浩然教授展示著全釩液流電池充放電系統(tǒng)的核心技術(shù)。
他身后的測試平臺(tái)上，一排排精密的管路與傳感器正在運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)測著電池的電壓、電流與電解液流量。
目前，這項(xiàng)技術(shù)成果與中石化銷研院合作，已經(jīng)轉(zhuǎn)化為天津首套125kW/500kWh液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，正在南開區(qū)密云一支路加油站運(yùn)行，成為光儲(chǔ)充一體化能源系統(tǒng)的心臟。
125kW/500kWh全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)
蔣浩然與液流電池的緣分始于2010年。當(dāng)時(shí)，他師從香港科技大學(xué)趙天壽院士開始液流電池研究。他的導(dǎo)師趙天壽院士，本科和碩士均畢業(yè)于天津大學(xué)。
2010年，國家“雙碳”戰(zhàn)略還沒有提出，儲(chǔ)能也遠(yuǎn)沒有像今天這樣受到廣泛關(guān)注，但是趙院士已經(jīng)敏銳地意識(shí)到，長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)將是未來發(fā)展方向之一，液流電池的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)恰好可以滿足長時(shí)儲(chǔ)能的需求。
液流電池最大的優(yōu)勢(shì)是“本征安全”。由于采用的是不可燃、不助燃的水系電解液，因此不會(huì)存在鋰電池那樣的熱失控風(fēng)險(xiǎn)，可應(yīng)用于安全要求較為嚴(yán)苛的場所，比如CBD、數(shù)據(jù)中心、加油站、充電站等。
當(dāng)時(shí)，國內(nèi)液流電池研究處于起步階段，基礎(chǔ)理論嚴(yán)重缺乏，關(guān)鍵部件性能低下，電池運(yùn)行電流密度只能維持在50毫安/平方厘米以下。
這是什么概念？意味著要實(shí)現(xiàn)相同功率，電堆體積要比鋰電池大出數(shù)倍，成本根本降不下來。
正因如此，外界一直質(zhì)疑液流電池是否真的能夠走向工程應(yīng)用。但蔣浩然硬是橫下一條心，把液流電池作為自己研究的方向。
2021年，蔣浩然離開香港科技大學(xué)加入天津大學(xué)，受聘為教授、博士生導(dǎo)師，在講授課程的同時(shí)，在趙天壽院士的帶領(lǐng)下一起組建了天津大學(xué)先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)課題組。
那時(shí)，經(jīng)過11年艱苦的科研創(chuàng)新，液流電池技術(shù)已經(jīng)取得長足發(fā)展。但是，離真正產(chǎn)業(yè)化落地應(yīng)用，還有一段距離。
“在實(shí)驗(yàn)室小試條件下，液流電池性能表現(xiàn)優(yōu)異，但當(dāng)我們進(jìn)行放大嘗試時(shí)，電解液分布不均、局部濃差極化加劇等問題接踵而至，導(dǎo)致能效和穩(wěn)定性下降。”蔣浩然說。
科研瓶頸是天津大學(xué)每個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)幾乎每天都會(huì)遇到的問題。從侯德榜發(fā)明“侯氏制堿法”、余國琮提出“兩塔法”非穩(wěn)態(tài)連續(xù)精餾理論、王靜康攻克青霉素結(jié)晶技術(shù)……背后永遠(yuǎn)是停滯不前的無奈與不甘、沉下心來的堅(jiān)守和求索到最終實(shí)現(xiàn)突破和創(chuàng)新的螺旋上升。
蔣浩然的團(tuán)隊(duì)同樣如此，他們從理論、材料、電堆、系統(tǒng)等各個(gè)維度審視和優(yōu)化研究思路，不斷找到攻關(guān)突破口。同時(shí)，我國科學(xué)技術(shù)整體水平的提升，為他們提供更多解決問題的思路和方式。
這其中最重要的，就是人工智能的普及和應(yīng)用。
在虛擬空間里，人工智能對(duì)一萬多種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行篩選，最終選出了8個(gè)最優(yōu)解，再通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，終于找到了最合適的設(shè)計(jì)方案，大幅縮短研發(fā)周期。
蔣浩然算了筆賬：“如果沒有AI全靠手工實(shí)驗(yàn)，大概需要2萬多天，最少也要55年。”
團(tuán)隊(duì)潛心研發(fā)的同時(shí)，天津大學(xué)也通過平臺(tái)搭建，幫助團(tuán)隊(duì)對(duì)接更多的資源。2021年，天津大學(xué)獲批國家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)，設(shè)立電化學(xué)儲(chǔ)能、燃料儲(chǔ)能與應(yīng)用、儲(chǔ)能安全等多個(gè)研究中心，形成“產(chǎn)學(xué)研用”全鏈條協(xié)同創(chuàng)新體系。
借助這個(gè)平臺(tái)，蔣浩然團(tuán)隊(duì)的液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)研發(fā)不斷提速，電流密度提高到800毫安/平方厘米，是最初的16倍，達(dá)到世界最高水平。同時(shí)，通過平臺(tái)資源對(duì)接，團(tuán)隊(duì)與中石化銷研院達(dá)成合作協(xié)議，從產(chǎn)業(yè)落地應(yīng)用場景方面實(shí)現(xiàn)了高效銜接，讓技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化應(yīng)用，讓技術(shù)支撐生產(chǎn)經(jīng)營優(yōu)化，讓技術(shù)服務(wù)生活品質(zhì)提升，讓技術(shù)為雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)真正賦能。
“未來3-5年，我們團(tuán)隊(duì)計(jì)劃實(shí)施若干兆瓦至百兆瓦級(jí)示范工程，為全國儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)‘天津經(jīng)驗(yàn)’?！?/span>
