鈉基電池

鈉基電池主要包括高溫鈉硫電池、Zebra?電池和室溫鈉離子電池。鈉硫電池是一種適用于大規(guī)模固定式儲能的技術。日本?NGK?公司是世界上最大的鈉硫電池生產(chǎn)企業(yè)。自?1983?年開始，NGK?和東京電力公司合作開發(fā)鈉基電池。1992?年實現(xiàn)第一個鈉硫電池示范儲能電站至今，已有?20?余年的應用歷程，其中包括全球規(guī)模最大的?34 MW?風力發(fā)電儲能應用示范，保證了風力發(fā)電平穩(wěn)輸出。在我國，中國科學院上海硅酸鹽研究所和上海電力公司合作于?2014?年實施了國內(nèi)首個?1．2 MWh?鈉硫儲能電站工程化應用示范項目。Zebra?電池的主要研發(fā)企業(yè)為美國?GE?公司，2011?年斥資建造了年產(chǎn)能?1GWh?的?Zebra?電池制造工廠，所生產(chǎn)的?Durathon?電池自?2012?年開始實現(xiàn)了商業(yè)應用。高溫鈉基電池存在短路燃燒的風險，其運行安全性仍需進一步驗證。

室溫鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池類似，但具有原材料來源豐富、成本低廉、無過放電、安全性好等優(yōu)點，2010?年以來受到國內(nèi)外學術界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關注。目前國內(nèi)外有?10?余家企業(yè)（英國法拉第公司，美國?Natron Energy?公司，法國?TIAMAT?公司，日本岸田、豐田、松下、三菱等公司，以及我國中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源、遼寧星空等公司）正在進行相關中試技術研發(fā)，并取得了重要進展。其中，依托中國科學院物理研究所技術的中科海鈉公司已經(jīng)研制出?120 Wh／kg?的軟包裝鈉離子電池，循環(huán)?2?000?周后的容量保持率高達?80％。2019?年?3?月，中科海鈉與中國科學院物理研究所聯(lián)合推出?30 kW／100 kWh?鈉離子電池儲能電站，實現(xiàn)用戶側的示范應用。鈉離子電池技術的開發(fā)成功有望在一定程度上緩解由于鋰資源短缺引發(fā)的儲能電池發(fā)展受限問題。

鉛炭電池

鉛炭電池（或先進鉛酸電池）是傳統(tǒng)鉛酸電池的升級產(chǎn)品，通過在負極加入特種炭材料，彌補了鉛酸電池循環(huán)壽命短的缺陷，其循環(huán)壽命可達到鉛酸電池的?4?倍以上，是目前成本最低的電化學儲能技術。并且，由于鉛炭電池適合在部分荷電工況下工作、安全性好，因而適合在各種規(guī)模的儲能領域應用。在國際上，美國桑迪亞國家實驗室、美國?Axion Power?公司、國際先進鉛酸電池聯(lián)合會、澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織、澳大利亞?Ecoult?公司和日本古河電池公司等機構均開展了鉛炭電池的研發(fā)工作，并成功將該技術應用在數(shù)?MW?的儲能系統(tǒng)中，可滿足中小規(guī)模儲能和大規(guī)模儲能市場的需求。

中國在鉛炭電池研究、開發(fā)、生產(chǎn)與示范應用方面也取得了長足的進步。比較有代表性的是南都電源、雙登電源等鉛酸電池企業(yè)，它們通過與中國人民解放軍防化研究院、哈爾濱工業(yè)大學等單位合作，開發(fā)出自己的鉛炭電池技術，并在國內(nèi)成功實施了多個風光儲應用示范。例如，浙江鹿西島?6．8?MWh?并網(wǎng)新型能源微網(wǎng)項目，珠海萬山海島?8．4?MWh?離網(wǎng)型新能源微網(wǎng)項目，無錫新加坡工業(yè)園?20?MW?智能配網(wǎng)儲能電站等。2018?年，中國科學院大連化學物理研究所與中船重工風帆股份有限公司合作，開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權的高性能、低成本儲能用鉛炭電池，開展了光伏儲能應用示范。

目前，盡管鉛炭電池的循環(huán)壽命比鉛酸電池有大幅提高，但是比起鋰離子電池來說還有明顯不足。如何進一步提高鉛炭電池壽命，以及如何進一步降低鉛炭電池成本，成為其后續(xù)發(fā)展亟待解決的關鍵問題。

液流電池

液流電池是一類較獨特的電化學儲能技術，通過電解液內(nèi)離子的價態(tài)變化實現(xiàn)電能存儲和釋放。自?1974?年?Taller?提出液流儲能電池概念以來，中國、澳大利亞、日本、美國等國家相繼開始研究開發(fā)，并研制出多種體系的液流電池。這些液流電池根據(jù)正負極活性物質(zhì)不同，可分為鐵鉻液流電池、多硫化鈉溴液流電池、全釩液流電池、鋅溴液流電池等體系。其中，全釩液流電池技術最為成熟，已經(jīng)進入了產(chǎn)業(yè)化階段。全釩液流電池使用水溶液作為電解質(zhì)且充放電過程為均相反應，因此具有優(yōu)異的安全性和循環(huán)壽命（＞1?萬次），在大規(guī)模儲能領域極具應用優(yōu)勢。

在國際上，日本住友電工的技術最具代表性，其?2016?年在日本北海道建成了?15 MW／60 MWh?的全釩液流電池儲能電站，主要在風電并網(wǎng)中應用。在中國，中國科學院大連化學物理研究所的技術最具代表性，其在?2008?年將該技術轉(zhuǎn)入大連融科儲能技術發(fā)展有限公司（以下簡稱“融科儲能”）進行產(chǎn)業(yè)化推廣。融科儲能于?2012?年完成了當時全球最大規(guī)模的?5 MW／10 MWh?商業(yè)化全釩液流電池儲能系統(tǒng)，已經(jīng)在遼寧法庫?50 MW?風電場成功并網(wǎng)并安全可靠穩(wěn)定運行了近?7?年，該成果奠定了我國在液流儲能電池領域的世界領軍地位。2014?年，融科儲能開發(fā)的全釩液流儲能電池儲能系統(tǒng)成功進軍歐美市場，開始全球戰(zhàn)略布局。2016?年，國家能源局批復融科儲能建設規(guī)模為?200 MW／800 MWh?的全釩液流儲能電池調(diào)峰電站，用于商業(yè)化運行示范。目前，全釩液流儲能電池依然存在能量密度較低、初次投資成本高的問題，正在通過市場模式和技術創(chuàng)新予以完善。在未來，還需要開發(fā)具有更低成本的長壽命液流電池技術，以實現(xiàn)技術的迭代發(fā)展。

相關文章