储能电池如何支撑新能源发展

主持人：张磊（本报实习生）
　　
　　嘉宾：吴锋（国家高技术新型储能材料开发中心主任）
　　
　　来小康（中国电力科学院电工与新材料研究所副所长）
　　
　　张华民（大连化学物理研究所研究员）
　　
　　温兆银（上海硅酸盐研究所能源材料研究中心主任）
　　
　　梁广川（河北工业大学能源与环保材料研究所所长）
　　
　　郭京彬（佛山精进能源有限公司技术总监）
　　
　　■对话背景
　　
　　新能源的发展日益加速，而储能材料却成为制约各国新能源发展的技术瓶颈。去年美国能源部发布的“美国2011—2015年储能规划”中明确对液流电池、钠基电池、锂离子电池、先进铅碳电池等储能技术的近期和远期发展目标。2月，美国能源部宣布投资1.2亿美元建设先进电池储能创新中心，加快用于交通和电网的电池储能技术的研究开发。与此同时，欧盟、韩国、日本等国家也都设立专项经费支持储能技术的研究与开发。最近，第21次中国科技论坛在重庆召开，论坛主题聚焦在化学储能材料技术上。中国科协中国科协学会学术部部长沈爱民、重庆市副市长吴刚等出席会议并致辞。储能材料如何突破目前的技术瓶颈？哪些新材料最有应用前景？储能电池的安全性又如何保证呢？
　　
　　目前储能技术发展相对落后
　　
　　主持人：储能电池的应用前景如何？为什么说它会改变未来的资源使用形态？
　　
　　张华民：储能电池的应用很广泛，包括日常生活中手机、相机的锂电池，也包括存储风能、太阳能的大型储能电池。目前用于规模储能的技术主要有抽水储能、压缩空气储能、液流电池、钠硫电池以及铅酸电池等，相对而言，储能电池的使用更为方便，得益于材料工业的迅猛发展，储能电池前景光明。
　　
　　究其原因，一方面是由于资源短缺和环境问题。随着国家科技和社会的发展、人民生活水平的提高，能源和环境问题越来越受到关注，能源方面供需矛盾日益显露，化石能源的短缺和造成的环境破坏使关注点转向了风能、太阳能、海洋能这些可再生资源，然而风能、太阳能及海洋能等可再生能源受天气及时间段的影响较大，具有明显的不稳定、不连续和不可控特性，需要开发和建设配套的电能储存（储能）装置来保证发电、供电的连续性和稳定性，且大规模的电能储存技术在电力工业中用于电力的“削峰填谷”，将会大幅度改善电力的供需矛盾，提高发电设备的利用率。
　　
　　另一方面由于是未来发展趋势。未来三大新兴产业——新能源、智能电网和电动汽车的发展瓶颈都指向了同一项技术：储能材料（储能电池）技术。目前储能技术的发展相对落后。许多国家都将大规模储能技术定位为支撑新能源发展的战略性技术。目前，世界储能材料的技术发展十分迅猛，无论在储能材料技术发展层面上还是在成果转化发展形成优势产业层面上，我国都有大量开拓性工作急待开展。
　　
　　一种电池一统江山？不太可能
　　
　　主持人：储能电池类型很多，各自的优缺点都比较明显，那么是否有可能出现一种“完美的储能电池”，适应各种条件下的储能？
　　
　　温兆银：目前储能电池不太可能出现一种电池来“一统江山”，不同材料的电池都有各自的特点，用以适应不同条件的需要，如镍锌电池、锂电池适合手机等小型设备；钠硫电池、全钒液流电池等适合大型储能设备。电池未来储能电池的发展可能是百花齐放的局面。可以确定的是，储能技术的进步将深刻改变我们的生活。
　　
　　储能电池带给人们生活的影响是将触手可及的。手机电池每天要充电、平板电脑电量不够用、笔记本电脑续航时间有限等问题都会通过技术革新得到解决，对高比能材料的研究成为储能电池进步的重点课题。
　　
　　吴锋：电动汽车已经越来越多地进入我们的视野，它将是解决石油能源危机和实现清洁能源的重要途径，国内的比亚迪、长安、奇瑞等汽车公司都已有纯电动汽车面市，而其中关键在于发展高能量密度、低成本和高可靠性的动力电池。适应电动汽车的储能电池需要功率大，容量大，但目前国内电池存在价格高昂，电池重、单次充电里程不够高、建充电站、换电站需要大量地皮等缺陷，这也极大地制约了电动汽车的推广，也使消费者的购买倾向偏低，在北京，购买燃油汽车，上牌照需要摇号；如果购买纯电动汽车则不需要摇号。即便这样，购买电动汽车的人仍然寥寥无几。
　　
　　从另一个角度来说，我们不能盲目前进，技术成熟度低、示范应用经验少是国内储能技术普遍存在的问题。储能电池在高性能、高安全性、高性价比上还需要革命，其商业化还有一段过程。尽管在储能电池领域里，我国处在世界先进水平，
　　
　　而大规模产业化的过程中，则需要循序渐进，直接跳跃式地推广电动车效果可能不佳，我们需要这样的平稳过渡，如先发展油电混合动力汽车，在实践中积累更多的经验，在此期间，技术又会不断进步，现在解决不了的问题，就有可能得到更好的方案。
　　
　　安全性对大规模电网储能来说更重要
　　
　　主持人：2011年，众泰电动车在杭州“自燃”；上海一辆纯电动公交车也发生“自燃”；今年6月，深圳滨河大道发生一起交通事故，事故中一辆比亚迪e6纯电动出租车被追尾后起火。电动车安全性遭受拷问，那么储能电池的安全性究竟如何确保？
　　
　　吴锋：我们说高能量、高功率意味着潜在的化学不稳定性，由于产生电池安全性问题并非单一因素，应在深入全面认识应用环境下电池反应机制及其伴生副反应的基础上，多角度、系统提高锂离子电池的安全可靠性。就电池本身而言，组成电池的正极材料、负极材料、电解质都有改进的空间。
　　
　　来小康：对于电网大规模储能来说，我认为安全性更重要，因为它的规模都比较大，到了兆瓦或者几十个兆瓦级别，小容量的笔记本电脑都容易燃烧，那么做大以后有一个出问题影响就比较大。储能装置本身的性能还要有很大的提升，特别是对它的性价比、安全性上，高安全这是我们必须要保证的。
　　
　　梁广川：电解液是一个比较大的问题。锂离子电解质是有机物，而尖端都是水银的。要开发热稳定性好、难燃甚至不可燃的新型电解质体系，还需要关注电极、电解质材料的匹配问题；研究具有宽电化学窗口的新型电解质体系，需要开发高分解电压的新型电解质体系。电解液现在比较常使用的六氟磷酸的有机溶液，我们认为用离子液体取代电解质可能不失为一种有行的方法，并且已经有一定的规模化应用，室温离子液体有不挥发、不可燃、高导电、高电压窗口，组合起来，形成替代这个液体电解质，在安全性能方面有比较大的提升作用，这是一个努力的方向。
　　
　　张华民：寻找新的材料是储能电池发展的关键。全钒液流储能电池是其中的一个方向，但这个电池也有它的优点和弱点。全钒液流电池可以做到十几个兆瓦和几十个兆瓦的规模。根据我们的实验，它的循环次数可以超过13000次。还有一点跟锂电池不同，锂电池的状态很难来检测，但是液流电池根据曲线可以知道还能放多少电，已经放出多少电；它还是环保的，电解液可以永久使用，有人说钒有毒，可做成液体以后他的毒性就比较小，它的最大特点是安全性比较好，不会产生着火、爆炸。有一个弱点能量比较低，每公斤在20瓦时左右，其稳定性和可靠性有待提高。
　　
　　郭京彬：我们现在进行了另外一项课题，就是电动汽车的安全预警系统。就是说现在阻止不了电池的燃烧，但是可以通过大量的数据提前知道这个电池是否存在安全隐患，隐患程度有多大，提前给乘客作报警。这个系统能够通过大量的数据分析，提前知道这个电池是否有安全隐患，要不要停下来让客人离开就行。这个东西靠我们这个企业是做不完的，因为需要大量数据的搜集包括建模，需要同行的帮助甚至政府的支持。（中国科技网）