中南大學(xué)唐有根教授：電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)助力全球能源轉(zhuǎn)型！

21世紀(jì)世界面臨的兩個(gè)最重大問題是能源危機(jī)和環(huán)境污染，追根溯源，兩個(gè)問題都和碳排放有關(guān)。

對癥下藥，世界各大經(jīng)濟(jì)體，相繼出臺(tái)了雙碳政策。2020年9月，習(xí)主席在聯(lián)合國大會(huì)上明確了中國的雙碳目標(biāo)二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。

“碳中和”戰(zhàn)略正在撬動(dòng)中國百萬億級(jí)的市場，既是重大挑戰(zhàn)也是巨大機(jī)遇！

雙碳目標(biāo)推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與調(diào)整，但是，減少高碳排放的化石能源（如石油、煤炭等）使用，走綠色低碳的可再生能源（如太陽能、風(fēng)能、潮汐能等）發(fā)展道路不是一帆風(fēng)順的。

可再生能源存在兩個(gè)問題，一是受天氣與季節(jié)影響很大，二是發(fā)電過程不連續(xù)不可控。

為使新能源在電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，結(jié)合電網(wǎng)側(cè)、電源側(cè)、用戶側(cè)需求現(xiàn)狀，市場需要發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)。

目前，眾多儲(chǔ)能技術(shù)里，抽水蓄能規(guī)模最大，電化學(xué)儲(chǔ)能發(fā)展最迅速、最受期待。

2023年3月17日，由OFweek維科網(wǎng)、OFweek儲(chǔ)能聯(lián)合承辦，天科新能源獨(dú)家冠名的“OFweek 2023儲(chǔ)能專場會(huì)議”在深圳機(jī)場希爾頓逸林酒店成功舉辦。

中南大學(xué)化學(xué)電源與材料研究所所長唐有根教授發(fā)表了題為《電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用》的精彩演講。

中南大學(xué)化學(xué)電源與材料研究所所長唐有根教授（圖）

百花齊放的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)

電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)眾多，包括鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池、 金屬空氣電池等。

目前，成熟度較高的鋰離子電池、全釩液流電池和鉛炭電池等電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)都基本實(shí)現(xiàn)市場運(yùn)營；鈉離子電池、鋅基液流電池、固態(tài)鋰電池等新興電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)也如雨后新筍般涌現(xiàn)，并以越來越快的速度實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)研究到工程應(yīng)用的跨越。

鋰離子電池是現(xiàn)階段主流儲(chǔ)能電池技術(shù)，種類眾多，包括鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、鎳鈷錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池等，其中錳酸鋰和磷酸鐵鋰比功率和熱穩(wěn)定性好，鎳鈷錳酸鋰有最高的比能量。

應(yīng)用方面，鈷酸鋰電池成本高、能量密度高，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橄M(fèi)類電子產(chǎn)品。錳酸鋰電池成本低、循環(huán)穩(wěn)定性差，可用于低速電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電站以及電動(dòng)工具等方面。磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池適用于電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車及大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域。

液流電池技術(shù)是一種新型的大規(guī)模高效電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，根據(jù)固相電極的種類不同，可分為鉻鐵液流電池、全釩液流電池、鋅溴液流電池以及金屬/空氣液流電池等。

三種液流電池技術(shù)都具有高安全、大容量、低成本、可回收、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)則各有不同，鐵鉻液流電池工作電壓低，電堆比功率低；鋅溴液流電池密封性要求高；全釩液流電池能量密度受釩離子溶解度限制大，工作溫度也只能局限在10～40℃內(nèi)。

鋁空氣燃料電池以鋁為負(fù)極，空氣中的氧為正極，氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液為電解質(zhì)，具有無毒、無害、無污染，可回收循環(huán)使用等特點(diǎn)。理論比能量可達(dá)8100Wh/kg，實(shí)際比能量超過500Wh/kg，是現(xiàn)有實(shí)用電池體系中最高的。

鈉離子電池資源豐富、價(jià)格低廉、低溫性能好，應(yīng)用于大規(guī)模儲(chǔ)能具有重要戰(zhàn)略意義，缺點(diǎn)在于目前產(chǎn)業(yè)化配套不完善，制備成本高。

三大電化學(xué)燃料儲(chǔ)能技術(shù)

電化學(xué)燃料儲(chǔ)能技術(shù)主要有三種，分別是氣體燃料儲(chǔ)能技術(shù)、液體燃料儲(chǔ)能技術(shù)和固體燃料儲(chǔ)能技術(shù)。

氣體燃料儲(chǔ)能是以電能生產(chǎn)氣體燃料進(jìn)行儲(chǔ)能的技術(shù)，也稱電轉(zhuǎn)氣技術(shù)，如氫氣儲(chǔ)能。

液體燃料儲(chǔ)能技術(shù)，主要指的是利用電解制造的氫氣來合成液體燃料儲(chǔ)存能量，如甲醇和氨，液態(tài)燃料相較氣態(tài)燃料更容易存放和運(yùn)輸，且安全性相對較高。

金屬（如鋰、鋅、鋁等）作為固體儲(chǔ)能燃料，可通過電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能，反應(yīng)產(chǎn)物通過電解/沉積過程儲(chǔ)備能量重新得到相應(yīng)的金屬，實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存。

電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目

多年發(fā)展，多種電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)均已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。鋰離子電池儲(chǔ)能發(fā)展最快、項(xiàng)目容量最大、數(shù)量最多。2021年中國新增131個(gè)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目，鋰離子電池儲(chǔ)能項(xiàng)目120個(gè)。

2016年7月，比亞迪率先建成了我國第一座MW級(jí)磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能電站，用于平抑峰值負(fù)荷以及光伏電站的穩(wěn)定輸出。

2019年，南方電網(wǎng)建設(shè)5MW/20MWh鋰離子電池儲(chǔ)能示范電站，以10kV電纜接入深圳110kV碧嶺站，其主要功能定位為移峰填谷。

液流電池展現(xiàn)了極大潛力，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2019-2021年國內(nèi)新增超11個(gè)液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目，最大的阿克蘇全釩液流電池產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目容量達(dá)到了400MWh。

2017年11月，中國科學(xué)院大連化物所開發(fā)的國內(nèi)首套5kW/5kWh鋅溴單液流電池儲(chǔ)能示范系統(tǒng)，在陜西省安康市華銀科技股份有限公司廠區(qū)內(nèi)投入運(yùn)行，在額定功率下運(yùn)行時(shí)的能量轉(zhuǎn)換效率超過70%。

2020年12月24日，國家電投集團(tuán)公司的250千瓦/1.5兆瓦時(shí)鐵鉻液流電池光儲(chǔ)示范項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行。

鈉離子電池是近年發(fā)展速度最快的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)之一，2023年更被稱為鈉離子電池量產(chǎn)元年。

2021年6月28日，由華陽新材料科技集團(tuán)有限公司（下稱“華陽集團(tuán)”）與北京中科海納科技有限責(zé)任公司共同打造的全球首套1MWh鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，在山西綜改示范區(qū)投運(yùn)。

金屬燃料電池項(xiàng)目方面，國際上NantEnergy公司為杜克能源公司建設(shè)的鋅空氣電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，容量為95.1KWh；加拿大Teck公司開發(fā)的鋅燃料儲(chǔ)能示范系統(tǒng)，容量為3KW/24KWh。國內(nèi)在設(shè)計(jì)開發(fā)100KW/200MWh鋁燃料戰(zhàn)備能源系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)100KW連續(xù)供電2000小時(shí)。

電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)儲(chǔ)能都得到了快速發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，催生能源新業(yè)態(tài)，構(gòu)建清潔低碳、安全高效現(xiàn)代能源體系的關(guān)鍵技術(shù)。