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环资工委主任谈储能电池的主要发展方向

作者:中国储能网新闻中心 来源:中青网 发布时间:2013-01-04 浏览:
     中国储能网讯:近年来,随着新能源与可再生能源的快速发展,以及电网负荷与峰谷差的不断加大,发展创新性的储能技术尤其是大容量、长寿命的电池储能技术已经对我国相关产业的发展有了决定性意义,被提到了重要位置。《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》国发[2010]32号文件中明确提出了着重发展新型功能性材料、突破电池领域核心技术的要求。当前,随着电池领域的技术革新,涌现了包括磷酸锂、钛酸锂、三元电池等新材料储能电池,而在这之中改性镍锰钴锂离子三元材料电池、大功率低温钠硫电池因其能量密度大、寿命长、充电时间短等优势,将在大规模储能和分散储能领域中占据重要位置,成为储能电池的主要发展方向。
 
    谈到技术方面,中国环资与节能体制创新工作委员会(简称“环资工委”)何学民表示:

    (一)改性镍锰钴锂离子三元材料电池
 
    常规的电池正极材料是钴酸锂LiCoO2,三元材料则是镍钴锰酸锂Li(NiCoMn)O2,三元复合正极材料前驱体产品是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整,三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池安全性高,使用锂镍锰钴(NMC)氧化物来充当正极,能提供的能源密度更大,比磷酸盐金属要高出22%,三元材料较好地兼备了钴锰镍三者的优点,弥补了各自的不足,具有高比容量、成本较低、循环性能稳定、安全性能较好等特点。
 
    磷酸铁锂比能量,设计理论值170mAh/g,实际产品120~130mAh/g,已被本项目产品大踏步超越。本项目改性镍钴锰锂离子电池,比能量设计理论值450mAh/g。从2009年起,多批次的样品经连续检测,比能量已稳定在250mAh/g。且最近半年送检的样品比能量已达到300mAh/g。继续上升的空间还很大。这在同行业已超越美国、日本和德国,技术在全球遥遥领先。与磷酸铁锂电池相比,相同原材料制成电池,本技术产品储能功率翻番,销售收入翻番,用于汽车行驶的里程翻番。
 
    目前,根据产品的发展需求,动力不间断电源和大功率电池的使用场所越来越多,对电池的特性提出了以往不同的标准,在外形、容量、耐高温低温、超倍率放电、安全可靠性方面也都提出了更高一层的要求,基地采用的锂离子动力电池改变以往的电池材料,采用自行研制的电池正负极材料可以真正实现大功率倍率放电,并根据客户要求调整电池的电压需求,填补其他电池所不能达到的指标。具体技术特点如下:
 
    1.采用特殊的,非炭粉负极材料,具高倍率放电能力和较高的比容量。采用特殊方法制备的蜂窝状镍钴锰正极层状材料,具有较高的比容量和较好的循环稳定性,高于目前报道和市场上出现的材料。
 
    2.根本上改进了困扰行业的电池安全性能问题,大电流放电情况下,实验无任何着火和爆炸现象。                 
 
    3.独特的电池材料的滚动和持续性研发将保持了在行业上持续发展的生命力,是其他类型电池短时间无法超越的,也是技术关键点之一。
 
    (二)低温钠硫电池
 
    钠硫电池以钠和硫分别用作阳极和阴极。氧化铝陶瓷同时起隔膜和电解质的双重作用。在一定的工作温度下,钠离子透过电解质隔膜与硫之间发生的可逆反应,形成能量的释放和储存。钠硫电池已经成功用于“削峰填谷”、“应急电源”、“风力发电”、“光伏发电”等可再生能源的稳定输出以及提高电力质量等方面。是各种先进二次电池中最为成熟和最具潜力的一种。
 
    低温纳流电池在普通钠硫电池的基础上实现了重大技术突破,比较其他储能电池具有以下八大技术优势:
 
      1.能量密度大
 
    先进的结构设计使其理论比能量(即电池单位质量或单位体积所具有的有效点能量)达到锂电池的四倍、 镍电池的五倍、铝酸电池的十倍。
 
      2.启动及运行温度低
 
    相对于普通钠硫电池需要300℃的启动温度,且高达300~350℃的运行温度,低温钠硫电池可在低于100℃的温度下启动并工作,安全、稳定。
 
      3.可大电流放电
 
      放电电流密度一般可达200~300mA/cm2,并瞬时间可放出其3倍的固有能量。
 
      4.充电时间短
 
      一次充电时间约为20至30分钟。
 
      5.使用寿命长
 
      大功率低温钠硫电池连续充放电近上万次,使用寿命可达10年之久。
 
      6.无自放电现象
 
      7.体积小、重量轻
 
      8.无污染、可回收
 
    大功率低温钠硫电池的制造过程不会对环境造成污染,符合国家新能源标准,单质Na和S元素本身对人体是没有毒性的;且废旧的大功率钠硫电池中的Na和S回收率将近100%,回收后的能源可进行循环再利用,进一步降低成本。
 
    何学民特别强调这次项目意义:风电、太阳能发电自身所固有的随机性、间歇性特征,决定了其规模化发展必然会对电网调峰和系统安全运行带来显著影响。储能技术在很大程度上解决了新能源发电的随机性、波动性问题,可以实现新能源发电的平滑输出,能有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化,使大规模风电及太阳能发电方便可靠地并入常规电网。同时,大容量储能还可提高能源利用效率,实现电网的调峰错峰,很好的平衡昼夜及不同季节的用电差异,调剂余缺,保证电网安全并为国家节约数百亿的基础建设投资。
 
    新材料储能电池的应用将有力推动新能源产业的快速发展,更重要的是能够促进能源的高效利用,改变我国能源构成比例,促进节能减排。同时,新能源储能电池可以用于新能源、智能电网、电动汽车的储能以及手机、数码产品、电动车、电动工具等领域,应用面广泛,对相关产业的发展也可产生重要的作用。
 
     最后谈基地发展目标,何学民充满自信说:
 
    “十二五”期间,委员会计划联合各大中央企业投资180~200亿元,充分利用国家和地方各项优惠政策,在制造业基础相对雄厚、人力、财力、技术等资源较易整合的地区打造国家级新材料储能电池生产基地,建设1个国家级新材料储能电池研发中心,3~5个国家级新材料储能电池生产基地,年设计生产能力改性镍钴锰酸锂离子车用电池2亿Ah;完成低温钠硫电池中试并实现产业化。而新材料储能电池在生产技术方面实现了突破,使成本相较传统电池更低,因而收益率也将相应提高,有利于产业结构调整,拉动相关产业协同发展。
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