新能源關鍵,儲能材料的新改進

　　最近，第21次中國科技論壇在重慶召開，論壇主題聚焦在化學儲能材料技術上。中國科協(xié)中國科協(xié)學會學術部部長沈愛民、重慶市副市長吳剛等出席會議并致辭。儲能材料如何突破目前的技術瓶頸？哪些新材料最有應用前景？儲能電池的安全性又如何保證呢？

　　目前儲能技術發(fā)展相對落后

　　主持人：儲能電池的應用前景如何？為什么說它會改變未來的資源使用形態(tài)？

　　張華民：儲能電池的應用很廣泛，包括日常生活中手機、相機的鋰電池，也包括存儲風能、太陽能的大型儲能電池。目前用于規(guī)模儲能的技術主要有抽水儲能、壓縮空氣儲能、液流電池、鈉硫電池以及鉛酸電池等，相對而言，儲能電池的使用更為方便，得益于材料工業(yè)的迅猛發(fā)展，儲能電池前景光明。

　　究其原因，一方面是由于資源短缺和環(huán)境問題。隨著國家科技和社會的發(fā)展、人民生活水平的提高，能源和環(huán)境問題越來越受到關注，能源方面供需矛盾日益顯露，化石能源的短缺和造成的環(huán)境破壞使關注點轉(zhuǎn)向了風能、太陽能、海洋能這些可再生資源，然而風能、太陽能及海洋能等可再生能源受天氣及時間段的影響較大，具有明顯的不穩(wěn)定、不連續(xù)和不可控特性，需要開發(fā)和建設配套的電能儲存（儲能）裝置來保證發(fā)電、供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性，且大規(guī)模的電能儲存技術在電力工業(yè)中用于電力的“削峰填谷”，將會大幅度改善電力的供需矛盾，提高發(fā)電設備的利用率。

　　另一方面由于是未來發(fā)展趨勢。未來三大新興產(chǎn)業(yè)新能源、智能電網(wǎng)和電動汽車的發(fā)展瓶頸都指向了同一項技術：儲能材料（儲能電池）技術。目前儲能技術的發(fā)展相對落后。許多國家都將大規(guī)模儲能技術定位為支撐新能源發(fā)展的戰(zhàn)略性技術。目前，世界儲能材料的技術發(fā)展十分迅猛，無論在儲能材料技術發(fā)展層面上還是在成果轉(zhuǎn)化發(fā)展形成優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)層面上，我國都有大量開拓性工作急待開展。

　　一種電池一統(tǒng)江山？不太可能

　　主持人：儲能電池類型很多，各自的優(yōu)缺點都比較明顯，那么是否有可能出現(xiàn)一種“完美的儲能電池”，適應各種條件下的儲能？

　　溫兆銀：目前儲能電池不太可能出現(xiàn)一種電池來“一統(tǒng)江山”，不同材料的電池都有各自的特點，用以適應不同條件的需要，如鎳鋅電池、鋰電池適合手機等小型設備;鈉硫電池、全釩液流電池等適合大型儲能設備。電池未來儲能電池的發(fā)展可能是百花齊放的局面?？梢源_定的是，儲能技術的進步將深刻改變我們的生活。

　　儲能電池帶給人們生活的影響是將觸手可及的。手機電池每天要充電、平板電腦電量不夠用、筆記本電腦續(xù)航時間有限等問題都會通過技術革新得到解決，對高比能材料的研究成為儲能電池進步的重點課題。

　　吳鋒：電動汽車已經(jīng)越來越多地進入我們的視野，它將是解決石油能源危機和實現(xiàn)清潔能源的重要途徑，國內(nèi)的比亞迪、長安、奇瑞等汽車公司都已有純電動汽車面市，而其中關鍵在于發(fā)展高能量密度、低成本和高可靠性的動力電池。適應電動汽車的儲能電池需要功率大，容量大，但目前國內(nèi)電池存在價格高昂，電池重、單次充電里程不夠高、建充電站、換電站需要大量地皮等缺陷，這也極大地制約了電動汽車的推廣，也使消費者的購買傾向偏低，在北京，購買燃油汽車，上牌照需要搖號;如果購買純電動汽車則不需要搖號。即便這樣，購買電動汽車的人仍然寥寥無幾。

　　從另一個角度來說，我們不能盲目前進，技術成熟度低、示范應用經(jīng)驗少是國內(nèi)儲能技術普遍存在的問題。儲能電池在高性能、高安全性、高性價比上還需要革命，其商業(yè)化還有一段過程。盡管在儲能電池領域里，我國處在世界先進水平，

　　而大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的過程中，則需要循序漸進，直接跳躍式地推廣電動車效果可能不佳，我們需要這樣的平穩(wěn)過渡，如先發(fā)展油電混合動力汽車，在實踐中積累更多的經(jīng)驗，在此期間，技術又會不斷進步，現(xiàn)在解決不了的問題，就有可能得到更好的方案。

　　安全性對大規(guī)模電網(wǎng)儲能來說更重要

　　主持人：2011年，眾泰電動車在杭州“自燃”;上海一輛純電動公交車也發(fā)生“自燃”;今年6月，深圳濱河大道發(fā)生一起交通事故，事故中一輛比亞迪e6純電動出租車被追尾后起火。電動車安全性遭受拷問，那么儲能電池的安全性究竟如何確保？

　　吳鋒：我們說高能量、高功率意味著潛在的化學不穩(wěn)定性，由于產(chǎn)生電池安全性問題并非單一因素，應在深入全面認識應用環(huán)境下電池反應機制及其伴生副反應的基礎上，多角度、系統(tǒng)提高鋰離子電池的安全可靠性。就電池本身而言，組成電池的正極材料、負極材料、電解質(zhì)都有改進的空間。

　　來小康：對于電網(wǎng)大規(guī)模儲能來說，我認為安全性更重要，因為它的規(guī)模都比較大，到了兆瓦或者幾十個兆瓦級別，小容量的筆記本電腦都容易燃燒，那么做大以后有一個出問題影響就比較大。儲能裝置本身的性能還要有很大的提升，特別是對它的性價比、安全性上，高安全這是我們必須要保證的。

　　梁廣川：電解液是一個比較大的問題。鋰離子電解質(zhì)是有機物，而尖端都是水銀的。要開發(fā)熱穩(wěn)定性好、難燃甚至不可燃的新型電解質(zhì)體系，還需要關注電極、電解質(zhì)材料的匹配問題;研究具有寬電化學窗口的新型電解質(zhì)體系，需要開發(fā)高分解電壓的新型電解質(zhì)體系。電解液現(xiàn)在比較常使用的六氟磷酸的有機溶液，我們認為用離子液體取代電解質(zhì)可能不失為一種有行的方法，并且已經(jīng)有一定的規(guī)?；瘧?，室溫離子液體有不揮發(fā)、不可燃、高導電、高電壓窗口，組合起來，形成替代這個液體電解質(zhì)，在安全性能方面有比較大的提升作用，這是一個努力的方向。

　　張華民：尋找新的材料是儲能電池發(fā)展的關鍵。全釩液流儲能電池是其中的一個方向，但這個電池也有它的優(yōu)點和弱點。全釩液流電池可以做到十幾個兆瓦和幾十個兆瓦的規(guī)模。根據(jù)我們的實驗，它的循環(huán)次數(shù)可以超過13000次。還有一點跟鋰電池不同，鋰電池的狀態(tài)很難來檢測，但是液流電池根據(jù)曲線可以知道還能放多少電，已經(jīng)放出多少電;它還是環(huán)保的，電解液可以永久使用，有人說釩有毒，可做成液體以后他的毒性就比較小，它的最大特點是安全性比較好，不會產(chǎn)生著火、爆炸。有一個弱點能量比較低，每公斤在20瓦時左右，其穩(wěn)定性和可靠性有待提高。

　　郭京彬：我們現(xiàn)在進行了另外一項課題，就是電動汽車的安全預警系統(tǒng)。就是說現(xiàn)在阻止不了電池的燃燒，但是可以通過大量的數(shù)據(jù)提前知道這個電池是否存在安全隱患，隱患程度有多大，提前給乘客作報警。這個系統(tǒng)能夠通過大量的數(shù)據(jù)分析，提前知道這個電池是否有安全隱患，要不要停下來讓客人離開就行。這個東西靠我們這個企業(yè)是做不完的，因為需要大量數(shù)據(jù)的搜集包括建模，需要同行的幫助甚至政府的支持。