中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊:近年來,隨著新能源與可再生能源的快速發(fā)展,以及電網(wǎng)負(fù)荷與峰谷差的不斷加大,發(fā)展創(chuàng)新性的儲(chǔ)能技術(shù)尤其是大容量、長(zhǎng)壽命的電池儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)對(duì)我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有了決定性意義,被提到了重要位置?!秶?guó)務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》國(guó)發(fā)[2010]32號(hào)文件中明確提出了著重發(fā)展新型功能性材料、突破電池領(lǐng)域核心技術(shù)的要求。當(dāng)前,隨著電池領(lǐng)域的技術(shù)革新,涌現(xiàn)了包括磷酸鋰、鈦酸鋰、三元電池等新材料儲(chǔ)能電池,而在這之中改性鎳錳鈷鋰離子三元材料電池、大功率低溫鈉硫電池因其能量密度大、壽命長(zhǎng)、充電時(shí)間短等優(yōu)勢(shì),將在大規(guī)模儲(chǔ)能和分散儲(chǔ)能領(lǐng)域中占據(jù)重要位置,成為儲(chǔ)能電池的主要發(fā)展方向。
談到技術(shù)方面,中國(guó)環(huán)資與節(jié)能體制創(chuàng)新工作委員會(huì)(簡(jiǎn)稱“環(huán)資工委”)何學(xué)民表示:
(一)改性鎳錳鈷鋰離子三元材料電池
常規(guī)的電池正極材料是鈷酸鋰LiCoO2,三元材料則是鎳鈷錳酸鋰Li(NiCoMn)O2,三元復(fù)合正極材料前驅(qū)體產(chǎn)品是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料,里面鎳鈷錳的比例可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整,三元材料做正極的電池相對(duì)于鈷酸鋰電池安全性高,使用鋰鎳錳鈷(NMC)氧化物來充當(dāng)正極,能提供的能源密度更大,比磷酸鹽金屬要高出22%,三元材料較好地兼?zhèn)淞蒜掑i鎳三者的優(yōu)點(diǎn),彌補(bǔ)了各自的不足,具有高比容量、成本較低、循環(huán)性能穩(wěn)定、安全性能較好等特點(diǎn)。
磷酸鐵鋰比能量,設(shè)計(jì)理論值170mAh/g,實(shí)際產(chǎn)品120~130mAh/g,已被本項(xiàng)目產(chǎn)品大踏步超越。本項(xiàng)目改性鎳鈷錳鋰離子電池,比能量設(shè)計(jì)理論值450mAh/g。從2009年起,多批次的樣品經(jīng)連續(xù)檢測(cè),比能量已穩(wěn)定在250mAh/g。且最近半年送檢的樣品比能量已達(dá)到300mAh/g。繼續(xù)上升的空間還很大。這在同行業(yè)已超越美國(guó)、日本和德國(guó),技術(shù)在全球遙遙領(lǐng)先。與磷酸鐵鋰電池相比,相同原材料制成電池,本技術(shù)產(chǎn)品儲(chǔ)能功率翻番,銷售收入翻番,用于汽車行駛的里程翻番。
目前,根據(jù)產(chǎn)品的發(fā)展需求,動(dòng)力不間斷電源和大功率電池的使用場(chǎng)所越來越多,對(duì)電池的特性提出了以往不同的標(biāo)準(zhǔn),在外形、容量、耐高溫低溫、超倍率放電、安全可靠性方面也都提出了更高一層的要求,基地采用的鋰離子動(dòng)力電池改變以往的電池材料,采用自行研制的電池正負(fù)極材料可以真正實(shí)現(xiàn)大功率倍率放電,并根據(jù)客戶要求調(diào)整電池的電壓需求,填補(bǔ)其他電池所不能達(dá)到的指標(biāo)。具體技術(shù)特點(diǎn)如下:
1.采用特殊的,非炭粉負(fù)極材料,具高倍率放電能力和較高的比容量。采用特殊方法制備的蜂窩狀鎳鈷錳正極層狀材料,具有較高的比容量和較好的循環(huán)穩(wěn)定性,高于目前報(bào)道和市場(chǎng)上出現(xiàn)的材料。
2.根本上改進(jìn)了困擾行業(yè)的電池安全性能問題,大電流放電情況下,實(shí)驗(yàn)無任何著火和爆炸現(xiàn)象。
3.獨(dú)特的電池材料的滾動(dòng)和持續(xù)性研發(fā)將保持了在行業(yè)上持續(xù)發(fā)展的生命力,是其他類型電池短時(shí)間無法超越的,也是技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)之一。
(二)低溫鈉硫電池
鈉硫電池以鈉和硫分別用作陽極和陰極。氧化鋁陶瓷同時(shí)起隔膜和電解質(zhì)的雙重作用。在一定的工作溫度下,鈉離子透過電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生的可逆反應(yīng),形成能量的釋放和儲(chǔ)存。鈉硫電池已經(jīng)成功用于“削峰填谷”、“應(yīng)急電源”、“風(fēng)力發(fā)電”、“光伏發(fā)電”等可再生能源的穩(wěn)定輸出以及提高電力質(zhì)量等方面。是各種先進(jìn)二次電池中最為成熟和最具潛力的一種。
低溫納流電池在普通鈉硫電池的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了重大技術(shù)突破,比較其他儲(chǔ)能電池具有以下八大技術(shù)優(yōu)勢(shì):
1.能量密度大
先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其理論比能量(即電池單位質(zhì)量或單位體積所具有的有效點(diǎn)能量)達(dá)到鋰電池的四倍、 鎳電池的五倍、鋁酸電池的十倍。
2.啟動(dòng)及運(yùn)行溫度低
相對(duì)于普通鈉硫電池需要300℃的啟動(dòng)溫度,且高達(dá)300~350℃的運(yùn)行溫度,低溫鈉硫電池可在低于100℃的溫度下啟動(dòng)并工作,安全、穩(wěn)定。
3.可大電流放電
放電電流密度一般可達(dá)200~300mA/cm2,并瞬時(shí)間可放出其3倍的固有能量。
4.充電時(shí)間短
一次充電時(shí)間約為20至30分鐘。
5.使用壽命長(zhǎng)
大功率低溫鈉硫電池連續(xù)充放電近上萬次,使用壽命可達(dá)10年之久。
6.無自放電現(xiàn)象
7.體積小、重量輕
8.無污染、可回收
大功率低溫鈉硫電池的制造過程不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染,符合國(guó)家新能源標(biāo)準(zhǔn),單質(zhì)Na和S元素本身對(duì)人體是沒有毒性的;且廢舊的大功率鈉硫電池中的Na和S回收率將近100%,回收后的能源可進(jìn)行循環(huán)再利用,進(jìn)一步降低成本。
何學(xué)民特別強(qiáng)調(diào)這次項(xiàng)目意義:風(fēng)電、太陽能發(fā)電自身所固有的隨機(jī)性、間歇性特征,決定了其規(guī)?;l(fā)展必然會(huì)對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰和系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來顯著影響。儲(chǔ)能技術(shù)在很大程度上解決了新能源發(fā)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性問題,可以實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電的平滑輸出,能有效調(diào)節(jié)新能源發(fā)電引起的電網(wǎng)電壓、頻率及相位的變化,使大規(guī)模風(fēng)電及太陽能發(fā)電方便可靠地并入常規(guī)電網(wǎng)。同時(shí),大容量?jī)?chǔ)能還可提高能源利用效率,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的調(diào)峰錯(cuò)峰,很好的平衡晝夜及不同季節(jié)的用電差異,調(diào)劑余缺,保證電網(wǎng)安全并為國(guó)家節(jié)約數(shù)百億的基礎(chǔ)建設(shè)投資。
新材料儲(chǔ)能電池的應(yīng)用將有力推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,更重要的是能夠促進(jìn)能源的高效利用,改變我國(guó)能源構(gòu)成比例,促進(jìn)節(jié)能減排。同時(shí),新能源儲(chǔ)能電池可以用于新能源、智能電網(wǎng)、電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能以及手機(jī)、數(shù)碼產(chǎn)品、電動(dòng)車、電動(dòng)工具等領(lǐng)域,應(yīng)用面廣泛,對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也可產(chǎn)生重要的作用。
最后談基地發(fā)展目標(biāo),何學(xué)民充滿自信說:
“十二五”期間,委員會(huì)計(jì)劃聯(lián)合各大中央企業(yè)投資180~200億元,充分利用國(guó)家和地方各項(xiàng)優(yōu)惠政策,在制造業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)雄厚、人力、財(cái)力、技術(shù)等資源較易整合的地區(qū)打造國(guó)家級(jí)新材料儲(chǔ)能電池生產(chǎn)基地,建設(shè)1個(gè)國(guó)家級(jí)新材料儲(chǔ)能電池研發(fā)中心,3~5個(gè)國(guó)家級(jí)新材料儲(chǔ)能電池生產(chǎn)基地,年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力改性鎳鈷錳酸鋰離子車用電池2億Ah;完成低溫鈉硫電池中試并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。而新材料儲(chǔ)能電池在生產(chǎn)技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了突破,使成本相較傳統(tǒng)電池更低,因而收益率也將相應(yīng)提高,有利于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,拉動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。