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固态电池技术路径及主要玩家

固态电池发展简介??固态电池具有高安全性、高比能量密度优势,是锂离子电池的下一代升级产品,目前国内外都在竞相开发;2020年我国国务院发布的《新能源汽车产业发展规划 (2021—2035年)》首次将固态电池列入行业重点发展对象并提出加快研发和产业化进程;2022年下半年,我国工信部、科技部、能源局等多部门联合发布《关于推动新能源电子产业发展的指导意见》,提出加快研发固态电池储能技术,加强固态电池标准体系研究工作,强化应用领域的支持和引导,奠定了固态电池在现代产业中的定位。欧洲和美国分别提出了《固态电池技术路线图2035+》以及《三极片网站2021-2030国家蓝图》,明确提出了大力发展固态电池,并逐步提升固态电池的能量密度。??近年来,下游应用领域的不断革新对三极片网站行业提出了愈来愈高的要求,电池技术也由此不断进步,向更高的比能量与安全性进发,大大促进了固态电池技术发展,新能源汽车以及高比能储能领域是固态电池的主要需求领域。随着新能源汽车产业化进程加速,以及在储能领域政策的密集出台和“碳中和”目标的驱动下,动力电池与储能电池将是两个万亿级的蓝海市场,在未来几年市场需求量将会迅速提升。中国已经成为全球最大锂离子电池供应商,全球市场份额稳定在 70%以上,固态三极片网站将会逐步取代液态三极片网站成为市场主角。??德国、法国、美国、加拿大是欧美固态电池领域的领先国家,奔驰、宝马、大众、福特等老牌车企通过投资的方式与新兴固态电池厂商联合开发固态电池及产业化装车。现阶段我国固态电池领域的主要参与者为锂离子动力电池企业,包括台湾辉能科技、清陶新能源、卫蓝新能源发展以无机锂镧锆氧电解质为主的固态电池,赣锋锂业以无机锂镧锆氧和无机硫化物为主的固态电池;东驰科技以聚合物固态电解质为主的聚合物固态电池。??固态电池界面为固-固接触,离子电导率低、界面稳定性差,存在循环、快充等技术性难题,商业化进程步履缓慢。此外,全固态电池对生产工艺、成本和质量控制也提出了更严苛的要求,生产设备替换率大,全固态电池成本明显高于现有液态电池。固态技术集成难度高、开发难度大,技术能力要求较高。因此目前产业化需要与液态锂离子电池体系与工艺相结合,推出半固态三极片网站更适宜当前产业化,逐渐向准固态、全固态三极片网站发展。固态电池的应用,从短期到中期,即到2025年前后,主要应用集中在聚合物固态电池与无机锂镧锆氧等半固态三极片网站,预计到2027年准固态电池开始产业化,应用领域为无人机领域、储能领域、新能源车动力领域等,全固态三极片网站需要2030年后大规模产业化。为什么全固态电池是确定的行业趋势??高安全性:液态电池的安全性问题一直被大家所诟病,在高温或是剧烈冲击情况下电解液极易燃烧,大电流下还会出现锂枝晶刺破薄膜导致短路,有时高温下电解液还会发生副反应或分解。液态电解质的热稳定性只能保持到100°C,而氧化物固态电解质可达到800°C,硫化物和卤化物也可达到400°C。固态氧化稳定性也高于液态,并且由于固态形态,抗冲击能力远高于液态。安全第一,固态电池对安全性需求的满足是具有绝对确定性的。??高能量密度:目前固态电池还没有实现超过液态电池的能量密度,但理论上讲固态电池可以做到很高的能量密度。因为固态电池不需要像液态电池那样要把液体包裹起来防止漏电,而是可以像砖头一样叠起来串联,这样就省了很多的外壳、包裹膜、散热材料等等,质量能量密度和体积能量密度都可以大大提升,并且单体模组层面同时提升。这个也是确定的。??高功率:液态电池中锂离子是运载传导,而固态电池中锂离子是跳跃传导,速度更快,充放电速率更高。快充始终是液态电池技术上一个难点,因为充电速度太快就会析锂,而全固态中这个问题完全不存在。这个在技术层面同样很确定。??低温性能:液态电池一般工作稳定在-10°C到45°C,到了北方冬天续航里程就严重下降;而固态电解质工作温度在-30°C到100°C,除了极寒地区一般续航不会有什么缩减,也不需要复杂的热管理系统。这个也是确定的。??长寿命:液态电池中,三元电池寿命平均为500-1000次循环,磷酸铁锂寿命可达到2000次;而全固态电池寿命则完全是上一个量级:薄膜全固态未来可达45000次循环,实验室阶段5C寿命已可达到10000次。在同能量密度生产成本能够趋同的情况下,固态电池的性价比无与伦比。这个也是确定的。??可以做到多性能同时提升:固态电池的不同特性可以同时被满足,而液态的不同性能指标之间是像跷跷板一样,按下葫芦浮起瓢。比如液态的倍率性能提升会降低循环寿命,而全固态电池倍率和循环可以同时提升。实验室全固态1C循环1000次,5C反而循环10000次。这个还需要在量产阶段再次验证,有一定确定性。??以上都是液态电池相形见绌甚至理论上无法达到的状态,都是具有确定性的优势,所以未来全固态电池是确定的行业趋势。四大技术路线的对比,哪些是确定的,哪些是不确定的???从固态电解质的材料类型可分为四类:氧化物、硫化物、聚合物、卤化物。这四类电解质各自有不同的物理和化学特性,决定了研发、生产以及产业化的难度和未来市场地位。??(一)氧化物电解质:??优势:离子电导率居中,有最好的电化学稳定性、力学稳定性及热稳定性,可适配高电压正极材料、可适配金属锂负极;电子传导性和离子选择性优异;同时设备沿用程度和制造成本也有很大优势。综合能力最为全面。??劣势:还原稳定性略低,易碎、可能产生裂纹。??氧化物电解质:机械强度高、热稳定性和空气稳定性好、电化学窗口宽。氧化物电解质可以分为晶态和非晶态,常见的晶态氧化物电解质有钙钛矿型、LISICON型、NASICON型和石榴石型。氧化物电解质耐受高电压,分解温度高,机械强度好,但是室温离子电导率较低(<10-4 S/cm),和正负极固固界面接触差,且通常厚度较厚(>200μm),大大降低电池的体积能量密度。通过元素掺杂、晶界改性,氧化物电解质的室温电导率可以提高至10-3 S/cm量级。控制晶体体积和增加聚合物涂层可以改善氧化物电解质与正负极的界面接触。通过溶液/浆料涂覆法可制成超薄固态电解质膜。??电池制备工艺不同于现有液态电池。以德国RWTH PEM制备工艺为例,1)分别将正极材料和电解质材料加入球磨机中研磨;2)使用高频溅射法,将固态电解质溅射到正极材料表面;3)将复合好的正极-电解质材料进行高温烧结;4)通过电子束蒸发法将负极分布到电解质材料上。该方法挑战之一在于电子束蒸镀法耗时较长且负载的金属锂负极易剥落。??(二)硫化物电解质:??优势:离子电导率最高、晶界电阻小、延展性较好,离子选择性很好;??劣势:化学稳定性差,会与锂金属发生反应、易与潮湿空气发生反应;成本较高,机械性能差;目前生产还需要在手套箱里进行,难以规模化量产;??硫化物电解质:室温电导率高,延展性好,可以通过掺杂、包覆提高稳定性。硫化物电解质目前主要有玻璃、玻璃陶瓷和晶体三种形态。硫化物电解质室温电导率高,可以做到接近液态电解质(10-4-10-2 S/cm),且硬度适中、界面物理接触好、机械性能良好,是固态电池重要的备选材料。但是,硫化物电解质的电化学窗口窄,与正负极的界面稳定性较差,且对水分非常敏感,与空气中的微量水即可发生反应,释放有毒的硫化氢气体,生产、运输、加工对环境要求很高。掺杂、包覆等改性手段可以稳定硫化物和正负极界面,使其适配于各类正负极材料,乃至应用在锂硫电池中。??电池制备对环境要求高。硫化物电解质电导率较高且较为柔软,可以采用涂布法生产,其生产工艺与现有的液态电池生产工艺没有很大的差异,但为了改善电池的界面接触,通常需要在涂布后进行多次热压以及添加缓冲层来改善界面接触。硫化物电解质对于水分非常敏感,与空气中的微量水也会发生反应生成有毒气体硫化氢,所以对电池制造的环境要求很高。??(三) 聚合物电解质:??优势:安全性好、具备良好的柔韧性和界面接触性、易成膜;??劣势:室温下离子电导率很低,热稳定性差;??柔韧性好易加工,可通过交联、共混、接枝、添加增塑剂来提高电导率。聚合物电解质主要采用的聚合物基底有PEO、PAN、PVDF、PA、PEC、PPC等,主要采用的锂盐有LiPF6、LiFSI、LiTFSI等。聚合物电解质制备简单,柔韧性好,加工性强,可用于柔性电子产品或非常规形状的电池,与正负极物理接触好,且工艺和现有的三极片网站比较接近,易通过现有设备的改造实现在电池中的量产使用。但是聚合物电解质的室温离子电导率普遍很低(<10-6 S/cm),最常见的PEO基聚合物电解质还存在氧化稳定性差,只能用于LFP正极的问题。通过多种聚合物交联、共混、接枝,或添加少量增塑剂可以提高聚合物电解质的室温电导率,原位固化可以将聚合物电解质与正负极的物理接触提升到液态电池的水平,非对称电解质的设计可以扩宽聚合物电解质的电化学窗口。??电池制造工艺发展较早,较为成熟。聚合物电解质层可通过干法或湿法制备,电芯组装通过电极和电解质间的卷对卷复合实现,干法和湿法都非常成熟,易于制造大电芯,与现有的液态电池的制备方式最为接近。1993年美国Bellcore就最先宣布了采用PVDF凝胶电解质制造成的聚合物电池,并于1996年公布了完整的聚合物电池的规模化生产技术。??(四)卤化物电解质:??优势:电子阻力很低,离子选择性高,还原稳定性很高,不易开裂;??劣势:目前还在实验室阶段,化学稳定性、氧化稳定性都很差,离子阻力很高;??由于卤化物和聚合物严重偏科,所以未来全球固态电池的竞争会主要集中在氧化物和硫化物之间。其实硫化物电解质也偏科,由于其化学稳定性差,所以可以选择的材料类型很窄,但只要找到合适材料和工艺突破,这一缺陷是可以被弥补的。但从产业化角度看,复杂的工艺会导致更高的成本和形成规模化天花板,所以氧化物是目前固态电池发展的主流。??从液态到固态电池中间会经历半固态电池的阶段,这个阶段最适用的是氧化物路径,就是因为不偏科和成本优势的原因,可以使半固态电池更快速的替代目前的液态电池,以逐步发挥固态电池的优势和性价比,这一点是确定的。但随着技术进步,未来到底是氧化物还是硫化物的天下则未可知。赌短期的液态、中期的氧化物还是长期的氧化物或硫化物,不确定性出现了。??固态电池技术的核心是固态电解质的研发。当前的固态电解质材料虽然已经取得了较大的进展,但仍存在导电性能差、界面电阻大、制备成本高等问题,需要继续进行基础研究和技术突破,以提高固态电解质的导电性和稳定性。固态电池产业化的挑战??(一)界面相容性:??固态电池界面为固-固接触,电导率往往受到电极与电解质界面处高接触电阻的阻碍。电极和电解质物理接触很难做到理想的严丝合缝,制造中会产生空穴,使用中也会产生机械应力;正极和电解质会因电位差形成空间电荷层;电极和电解质之间会发生化学反应,形成CEI/SEI等物质,效果就相当于一堵墙阻碍离子通过。界面问题应该是固态电池最难解决的技术障碍了。目前有些技术如溶胶凝胶、喷涂等可以略微改善,但仍需要更牛逼的技术或方法解决这个难题。??(二)电荷传输速率:??固态电池都是高面载,做成隔膜或复合电极的电荷传输速度异常缓慢;??(三)生产规模化:??有些技术路线还需要复杂人工参与,如硫化物路线,手套箱是必备,一人一个手套箱捏电池,这个效率想想也知道多低;??(四)电极体积膨胀:??固态电池还有个bug,充放电过程中电极会极大膨胀,容易开裂。目前是从优化电极材料和粘结剂方面改善。有人说负极材料用锂硅合金,有人说用铝,有人说加点硅碳。到底什么材料最管用,这是目前不确定的。??(五)各类稳定性问题:??如上所诉,四类技术路径都有各种各样的稳定性问题,氧化物还原稳定性偏差,容易开裂;硫化物化学稳定性差,少有不慎可能爆炸;聚合物不能耐高温;卤化物则在稳定性上全面溃败。综合看来氧化物的稳定性后果最轻,也可以解决。??(六)整个产业链需要从头再来,既得利益者可能成为最大阻碍:??目前我们以液态电池为基础已经建立起了庞大的闭环产业链,从最上游原材料的供应,到正负极、电解液材料的制备,再到电芯制造、PACK集成,下游应用,最后到电池回收,中国的液态电池产业链规模已经成为全球最大。??固态电池对于全周期的产业链以及产业链中的企业、投资方、从业者、相关地方政府都会造成巨大冲击,其挑战不言而喻。上述这些挑战不仅包括技术瓶颈,也包括商业方面的考量和冲突,需要社会各界的统一认知和协力推动。??随着固态电池技术的不断推进,其商业应用也逐渐扩大。目前,国内外多家企业已经开始投入固态电池的研发和产业化,如LG化学、三星SDI、宁德时代等,这些企业将成为固态电池产业化推广的重要力量。同时,政府也应该加大对固态电池产业的支持和引导,加速其市场化进程。??固态电池技术的发展需要跨学科的协同创新。除了材料科学、化学工程等传统领域外,还需要与计算机科学、人工智能等前沿科技相结合,推动固态电池技术的创新和应用。固态行业主要玩家??(一)美国??Solid Power:硫化物电解质和电池厂商,已经向BMW交付了60Ah样品,BMW计划24年装车测试;获得Skon电解质订单,在韩国合作建厂;第二代产品已有30吨产能,第三代产品在选址建厂;??Quantum Scape:氧化物固态电池厂商,最近传出他们在大众集团旗下子公司PowerCo的测试结果非常给力,1000 多次充放循环后仍然保持了超过 95% 的原始容量,按照 WLTP 标准的续航里程可以达到 500-600 公里,而实际驾驶中,行驶 50 万公里几乎不会出现明显的续航衰减。??(二)日本??丰田:2012年就开始布局硫化物固态电池,老玩家了,拥有的专利1400多项,碾压其他玩家。最近又传出了一个吊炸天的消息,已经研发出充电10分钟续航1500公里的固态电池。但成本、量产可能和其他技术指标都还不清晰。??本田:硫化物路线,除了宣布了投资430亿日元建设全固态电池示范线,好像没什么更多的研发进展的消息;??日产:硫化物路线,给自己立了一个flag,24年启动试点工厂,28年量产上市,可谓信心十足。比较疑惑他们打算怎么解决硫化物量产问题,以及容易爆炸的问题的。??(三)韩国??三星SDI:硫化物路线,也立了一个flag,27年前推出900WH/KG的全固态电池,可谓野心勃勃,打算借助固态电池弯道超车宁德时代;??LG:聚合物路线,打算26年聚合物半固态电池产业化,28年量产聚合物全固态电池,30年量产硫化物全固态电池。??SK:Sk-on和Solid Power合作了,小腿抱大腿确实也是一种很好的竞争策略;??(四)中国??宁德时代:很早布局硫化物固态电池,计划30年商品化,但近几年对这个方向有点销声匿迹,转而大肆宣传凝聚态电池。这种电池是把氧化物、聚合物和电解液混在一起变成果冻状的电池,能量密度可达到500WH/KG。也许是固态电池新的方向;??比亚迪:2016年就将固态电池确定为未来发展方向,主要是硫化物电池路径,传言过几年可上车,消息真假未知;??清陶能源:23年8月第一代固态电池已完成装车试验,单体能量密度达368Wh/kg,测试车辆最大续航里程达到1083公里,充电10分钟续航增加400公里,成本与三元电池相当。计划2024年800V超级快充固态电池量产上市,25年降本10-30%,27年再降40%;??卫蓝能源:氧化物固态和半固态电池厂商,2026年计划产能20GWh,深度绑定蔚来汽车,一荣俱荣一损俱损。??太蓝新能:氧化物路线,从全固态向半固态研发,独有极片复合技术可做到成本理论最低,24年半固态电池量产,并发布全固态产品,25年全固态量产,打造最具有性价比的半固态和全固态电池;??辉能科技:氧化物锂陶瓷路线,台湾省企业。最近开设了全球首家千兆级固态锂陶瓷厂,计划27年在法国大规模量产汽车固态电池;??赣锋锂业:氧化物路线,主打半固态。和德国大众、东风汽车、广汽埃安、长安汽车等都有研发合作。??东驰科技:完成了聚合物固态电解质及固态电池开发,与一汽合作开发下一代纯电动车。??固态电池技术不仅可以应用于传统电池领域,还有广阔的应用前景。例如,在新能源汽车、储能系统、无线充电设备等领域都具有重要的应用价值。未来,固态电池技术将逐渐取代传统液态电池,成为电池行业的主流技术。??总体而言,固态电池技术在未来的发展中面临着巨大的机遇和挑战。只有通过技术突破、产业化推广、协同创新以及应用拓展等多方面的努力,才能实现固态电池技术在电池行业的全面领先,并推动其在未来经济社会的可持续发展中发挥更加重要的作用。

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首部储能用三极片网站安全强制性国标《电能存储系统用锂三级片网和电池组安全要求》即将发布

我国首部储能用三极片网站安全强制性国家标准《电能存储系统用锂三级片网和电池组安全要求》(20214450-Q-339)正式下达,目前该标准经过多轮讨论、征求意见和审查,已提交报批即将发布。??由于正式稿还未公开公布,我们从征求意见稿(以下简称“文件”)出发进行分析。??适用范围:文件适用于风光配储、家庭储能、并/离网大容量储能等电能存储系统用锂三级片网和电池组(额定能量通常在100kWh以上)。重点内容提炼如下:??锂三级片网和电池组导致的危险包括:漏液、起火、爆炸、过热及电击。??文件主要从电池电安全、环境安全、电池组系统电安全3个方面进行规定,在特定外部刺激下电池/电池组系统需要做到不起火、不爆炸、不漏液。??电池电安全试验:高温外部短路、过充电、强制放电??电池充满电后,达到57℃±4℃后放置30min,电池温度下降值达到峰值温升的80%或短接时间达到6h后,观察1h,电池应不起火、不爆炸。??用制造商规定的最大充电电流充电,当充电至1.5倍的充电上限电压后持续恒压充电1h或总充电时间达到1.5h时,电池应不起火、不爆炸。??环境安全试验:低气压、温度循环、震动、加速度冲击、重物冲击、挤压、针刺、热滥用、跌落??电池按试验要求充满电后进行环境安全试验,在一定低气压、温度循环、震动、加速度冲击下,电池需不起火、不爆炸、不漏液。??在重物冲击、挤压、针刺、热滥用、跌落等一定情况下,电池需不起火、不爆炸。??电池组系统电安全试验:过压充电控制、欠压放电控制、过流充电控制、短路保护、反向连接保护、过热控制??用推荐最大充电电流充电,充电电压设置为超过充电上限电压的1.1倍,3次测试,数据采集/监视设备应在充电结束后保持1h。样品在测试过程中能正常工作,BMU/BMS应在电池超过充电上限电压前终止充电,电池组/系统不起火,不爆炸。??漏液:可见的液体电解质的漏出??起火:从电池、模块、电池包或电池组系统发出的持续时间大于1s的火焰??爆炸:电池或电池组的外壳剧烈破裂并且固体组件抛射出来产生的失效现象??热失控:由放热反应引起的电池发生不可控温升的现象??电池电安全??高温外部短路/过充电/强制放电时??不起火、不爆炸??高温外部短路??电池充满电后,放置在57℃±4℃的环境中,待电池达到57℃±4℃后放置30min,然后用导线连接电池正负极端,并确保全部外部电阻不高于5mΩ。当a)电池温度下降值达到峰值温升的80%或b)短接时间达到6h后(有争议时选较严者),观察1h,电池应不起火、不爆炸。??过充电??将电池充满电后,用制造商规定的最大充电电流充电。当充电至1.5倍的充电上限电压后持续恒压充电1h或总充电时间达到1.5h时,电池应不起火、不爆炸。??强制放电??将电池按照4.5.2规定的试验方法放完电后,以1ItA的电流进行反向充电至负的充电上限电压(-Uup),反向充电时间共计90min。??如果在反向充电90min内,电压达到负的充电上限电压(-Uup),应当通过减小电流保持该电压继续进行反向充电,反向充电共计90min后终止试验,如图2情况1所示。??如果在反向充电90min内,电压未达到负的充电上限电压(-Uup),则反向充电共计90min后终止试验,如图2情况2所示。电池应不起火、不爆炸。??电池环境安全??震动/加速度冲击/挤压/针刺/跌落时??不起火、不爆炸??电池按试验要求充满电后进行环境安全试验,包括低气压、温度循环、震动、加速度冲击、重物冲击、挤压、针刺、热滥用、跌落等,在规定条件下电池需不起火、不爆炸、不漏液。??低气压??将电池充满电后,将电池放置于20℃±5℃的真空箱中,抽真空将箱内压强降低至11.6kPa,并保持6h。电池应不起火、不爆炸、不漏液。??温度循环??将电池充满电后,将电池放置于20℃±5℃的可控温的箱体中,重复以下两个步骤,共循环10次,电池应不起火、不爆炸、不漏液。??a)将实验箱温度升为72℃±2℃,并保持6h,温度转换时间不大于30min;??b)然后将实验箱温度降为-40℃±2℃,并保持6h,温度转换时间不大于30min;??对于大型电池,暴露于极端试验温度的时间至少应为12h。??震动??将电池充满电后,将样品紧固在振动试验台上,进行正弦振动测试,每个方向进行12个循环,每个方向循环时间共计3h的振动。圆柱型电池按照其轴向和径向两个方向进行振动试验,方型电池和软包装电池按照三个相互垂直的方向进行振动试验。电池应不起火、不爆炸、不漏液。??加速度冲击??电池充满电后,固定在冲击台上,进行半正弦脉冲冲击实验,峰值加速度为150gn±25gn,脉冲持续时间为6ms±1ms。大型电池应经受峰值加速度50gn±8gn、脉冲持续时间11ms±2ms的半正波冲击。电池每个方向进行三次加速度冲击试验,接着在反方向进行三次加速度冲击试验。电池应不起火、不爆炸、不漏液。??重物冲击??将电池按规定充满电,静置10min,再按照规定的试验方法放出额定容量的50%后,将电池置于平台表面,将直径为15.8mm+0.1mm的金属棒横置在电池几何中心上表面,采用重量为9.1kg+0.1kg的重物从610 mm+25mm的高处自由落体状态撞击放有金属棒的样品表面,重物冲击试验中圆柱型电池和方型电池电池放置示意图如图4所示,软包装电池参考方型电池。并观察6 h。电池应不起火、不爆炸。??挤压??将电池按规定方法充满电后,将电池置于两个平面内,垂直于极板方向进行挤压,两平板间施加13.0kN±0.78kN的挤压力,挤压电池的速度为0.1mm/s。一旦压力达到最大值或电池的电压下降三分之一,即可停止挤压试验。试验过程中电池应防止发生外部短路。挤压平面板尺寸应能覆盖样品的被挤平面。试验后观察1h。电池应不起火、不爆炸。??针刺??将电池按规定的方法充满电后,用8mm的耐高温钢针(如钨钢,针尖的圆锥角为45°)、以1mm/s的速度,从垂直于电池极板的方向贯穿,贯穿位置宜靠近所刺面的几何中心,钢针停留在电池中,观察1h。电池应不起火、不爆炸。??热滥用??将电池按规定的方法充满电后,将电池放入试验箱中。试验箱试验环境温度以(5±2)℃/min的温升速率进行升温,当箱内温度达到(130±2)℃后恒温,并持续1h。电池应不起火、不爆炸。??跌落??按下表方式进行跌落测试,试验后观察1h。样品应不起火、不爆炸。??电池组/电池组系统电安全??过压充电/欠压放电/过流充电/过热控制??不起火、不爆炸??电池组系统电安全试验项目包括过压充电控制、欠压放电控制、过流充电控制、短路保护、反向连接保护、过热控制。??过压充电控制??将样品按照规定的试验方法放完电后,用推荐最大充电电流充电,充电电压设置为超过充电上限电压的1.1倍。充电至BMU/BMS终止充电。将样品进行3次测试。??数据采集/监视设备应在充电结束后保持1h。试验样品的各项功能在测试过程中应能完全按照设计正常工作。BMU/BMS在电池超过充电上限电压前终止充电,不起火,不爆炸。试验过程中保护系统符合保护策略发生不可恢复性的断路也可判定为合格。??欠压放电控制??将样品按规定的试验方法充满电后,以0.2ItA放电至额定容量的30%。然后以规定的最大放电电流进行放电。BMU/BMS在电池放电至放电截止电压前终止放电。进行3次测试。??数据采集/监视设备应在放电结束后保持1h。试验样品的各项功能在测试过程中应能完全按照设计正常工作。BMU/BMS应采取动作切断放电电流。不起火,不爆炸。??过流充电控制??将样品按照规定的试验方法放完电后,用超过最大充电电流20%的电流进行充电。将样品进行3次测试。数据采集/监视设备应在充电结束后保持1h。试验样品的各项功能在测试过程中应能完全按照设计正常工作。BMU/BMS应发现过流充电并将充电电流控制在最大充电电流以下(包括切断充放电回路)。不起火,不爆炸。??短路保护??将样品按定的试验方法充满电。样品放置在室温下,直至样品温度稳定在25℃±5℃。短路样品的正负极端子,外部短路电阻为(30mΩ±10mΩ)×模块结构系数(电池串联数/电池并联数),或不大于5mΩ,取较高值。并确保全部外部电阻不高于100mΩ。试验过程中监测电池温度变化,当出现以下两种情形之一时,试验终止:??a)外壳温度下降值达到峰值温升的80%;??b)短接时间达到6h。??不破裂、不起火、不爆炸。当有争议时,a)和b)选较严者。??反向连接保护??将样品按规定的试验方法充满电后,以0.2ItA放电至由电池组系统制造商规定的运输或维护的荷电状态。如有可能,切断BMS和电池组系统的主电源。反接电池组系统的中一个样品,电池组系统中的其他样品保持正确的极性。打开BMS和电池组系统的主电源。以制造商规定的条件对电池组系统进行充电,直至充满或保护功能停止充电。电池组系统应放置1h。如果电池组系统可以进行放电,以制造商规定的最大放电电流进行放电,直至电池组系统终止放电。电池组系统应放置1h。如果电池组系统无法进行放电,则放置1h,而不进行放电。不破裂,不起火,不爆炸。??过热控制??将样品按规定的试验方法放完电后,然后将样品按照推荐的电流充电至额定容量的50%。使样品的温度上升至比最大工作温度高5℃,在此高温下继续充电至BMS终止充电。数据采集/监视设备应在试验结束后保持1 h(如BMS终止充电)。??BMU/BMS应发现过高温度并终止充电。试验样品的各项功能在测试过程中应能完全按照设计正常工作。

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能量密度是现有三极片网站4倍,锂空气电池有望2030年代前半期商业化

电动汽车电池领域正在酝酿一场革命。??去年,美国的阿贡实验室宣布已经将锂空气电池的循环次数提升到了1000次,这种电池的正极是空气,能量密度是传统锂离子电池的4倍——1200Wh/kg,可以储存足够的能量为飞机提供动力。??而据《日经中文网》2月18日最新报道,日本大阪大学的教授中西周次等人在日本科学技术振兴机构(JST)的支持下,已从今年2月开始与美国、德国和英国展开截至2028年末的国际联合研究,力争在2030年代前半期将锂空气电池推向商业化。??同日,澎湃新闻记者还从全球动力电池龙头宁德时代首席科学家吴凯了解到,宁德时代目前已有锂空气电池方面的基础研究,但离产业化较远。

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2MW/8MWh!国家能源集团低碳院全钒液流电池储能系统采购公开招标

2月1日,国家能源集团北京低碳清洁能源研究院发布全钒液流电池储能系统采购公开招标招标公告,拟采购一套全钒液流电池储能系统。2MW/8MWh全钒液流电池储能系统(简称储能系统或系统),由4个500kW/2MWh全钒液流电池储能模块组成(简称储能模块或模块)及相应的配套设备设施,并网电压等级为35kV,配套有消防、安全等设施。低碳院全钒液流电池储能系统采购公开招标项目招标公告第一章 公开招标??1.招标条件??本招标项目名称为:低碳院全钒液流电池储能系统采购公开招标,项目招标编号为:CEZB240100810,招标人为北京低碳清洁能源研究院,项目单位为:北京低碳清洁能源研究院,资金来源为自筹。招标代理机构为国家能源集团国际工程咨询有限公司。本项目已具备招标条件,现对该项目进行国内资格后审公开招标。??2.项目概况与招标范围??2.1项目概况、招标范围及标段(包)划分:.??2.1.1项目概况:??本项目建设的一套全钒液流电池储能系统,配置容量为2MW/8MWh,储能系统接入储能站35kV母线。??2.1.2招标范围:采购范围包括但不限于??2MWW/8MWh全钒液流电池储能系统(简称储能系统或系统),由4个500kW/2MWh全钒液流电池储能模块组成(简称储能模块或模块)及相应的配套设备设施,并网电压等级为35kV,配套有消防、安全等设施。采购范围涵盖以下内容:??(1)基于北京低碳清洁能源研究院的储能技术完成500kW/2MWh储能模块的详细设计和工程制图;??(2)基于北京低碳清洁能源研究院通过的储能单元详细设计方案,完成4台套500kW/2MWh储能模块及其配套系统的加工、装配及相关测试实验。储能及其配套系统包括但不限于升压变、储能变流设备(PCS)、电池管理系统(BMS)、储能单元、能量管理系统(EMS)、以及配套线缆等辅材。按低碳院的要求完成4台套500kW/2MWh储能模块及其配套设备设施的配件选择、结构设计和制造,提供完整图纸资料,完成设备出厂检测、包装、发运、现场交货等;??(3)完成2MW/8MWh储能系统的安装和调试。包括提交一次电气和二次电气设计方案和安装调试方案等,完成2MW/8MWh全钒液流系统所有设备的安装、接线(35kV(不含35kV)以下,含舱体接地及防火封堵)、调试、试验、试运行等工作,配合并网验收、消防验收等工作。;??2.1.3交货日期:??2024年6月30日前,完成项目验收。其中,??(1)2024年5月20日前,完成4台套500kW/2MWh储能模块及配套设备到达现场;??(2)2024年6月25日前,完成2MW/8MWh储能系统具备并网条件。??2.1.4交货地点:山东省烟台市国家能源蓬莱发电有限公司。??2.2其他:/??3.投标人资格要求??3.1资质条件和业绩要求:??【1】资质要求:投标人须为依法注册的独立法人或其他组织,须提供有效的证明文件。??【2】财务要求:/??【3】业绩要求:2021年2月至投标截止日(以合同签订时间为准),投标人须至少具有全钒液流电池储能系统集成项目容量不低于1MWh的供货合同业绩1份。投标人须提供能证明本次招标业绩要求的合同,合同扫描件须至少包含:合同买卖双方盖章页、合同签订时间和业绩要求中的关键信息页。??【4】信誉要求:/??【5】其他要求:投标人须为全钒液流电池产品制造商。??3.2本项目不接受联合体投标。??3.3本项目不接受代理商投标。??4.招标文件的获取??4.1凡有意参加投标者,购标前必须在国家能源集团(https://www.ceic.com)首页网页底部查找“生态协作平台”图标,点击图标跳转至国家能源集团生态协作平台,点击“物资采购”图标,完成国家能源集团供应商注册,已注册的投标人请勿重复注册。注册方法详见:国家能源集团生态协作平台→帮助中心→“统一客商门户操作手册”。??4.2购标途径:已完成注册的投标人请登陆“国家能源招标网投标人业务系统”,在线完成招标文件的购买。??4.3招标文件开始购买时间2024-02-02 09:00:00,招标文件购买截止时间2024-02-09 16:00:00。??4.4招标文件每套售价每标段(包)人民币第1包70元,售后不退。技术资料押金第1包0元,在退还技术资料时退还(不计利息)。??4.5未按本公告要求获取招标文件的潜在投标人不得参加投标。??4.6其他:/??5.招标文件的阅览及投标文件的编制??本项目采用全电子的方式进行招标,投标人必须从“国家能源招标网投标人业务系统”“组件下载”中下载《国家能源招标网投标文件制作工具》及相关操作手册进行操作,具体操作流程如下:??1)投标人自行登录到“国家能源招标网投标人业务系统”:http://www.chnenergybidding.com.cn/bidhy。??2)点击右上方“帮助中心”按钮,下载《招投标系统用户手册-电子标(投标人手册)》。??3)点击右上方“组件下载”按钮,在弹出的页面中下载“国家能源招标网驱动安装包”及“国家能源招标网投标文件制作工具”并安装。??注:本项目招标文件为专用格式,投标人须完成上述操作才可以浏览招标文件。??4)投标人必须办理CA数字证书方可完成投标文件的编制及本项目的投标,CA数字证书办理流程详见:国家能源招标网首页→帮助中心→“国家能源招标网电子招投标项目数字证书办理流程及须知”。??注:投标人需尽快办理CA数字证书,未办理CA数字证书或CA数字证书认证过期的,将导致后续投标事项无法办理。??5)投标人须按照招标文件要求在“国家能源招标网投标文件制作工具”中进行投标文件的编制。具体操作详见《招投标系统用户手册-电子标(投标人手册)》,其中以下章节为重点章节,请投标人务必详细阅读。??1.1--1.7章节(系统前期准备)??1.9章节(CA锁绑定)??2.5章节(文件领取)??2.9章节(开标大厅)??3.1章节(安装投标文件制作工具)??3.2章节(电子投标文件制作)??6.投标文件的递交及开标??6.1投标文件递交的截止时间(投标截止时间,下同)及开标时间为2024-03-04 15:00:00(北京时间),投标人应在投标截止时间前通过“国家能源招标网投标人业务系统”递交电子投标文件。??6.2逾期送达的投标文件,“国家能源招标网投标人业务系统”将予以拒收。??6.3开标地点:通过“国家能源招标网投标人业务系统”公开开标,不举行现场开标仪式。??7.其他??/??8.发布公告的媒介??本招标公告同时在国家能源招标网(http://www.chnenergybidding.com.cn)和中国招标投标公共服务平台(http://www.cebpubservice.com)上发布。??9.联系方式??招标人:北京低碳清洁能源研究院??地址:北京市昌平区未来科学城滨河大道9号院??邮编:102209??联系人:龙俊英??电话:010-57339807??电子邮箱:junying.long@chnenergy.com.cn??招标代理机构:国家能源集团国际工程咨询有限公司??地址:北京市东直门南大街3号国华投资大厦6层??邮编:100010??联系人:于绍晶??电话:010-58134609??电子邮箱:13707542@ceic.com??国家能源招标网客服电话:010-58131370??国家能源招标网客服工作时间:8:30-12:00;13:30-17:00(法定工作日)??国家能源招标网登录网址:http://www.chnenergybidding.com.cn

作者: 中国·三级片网网 详情
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新型三极片网站5分钟内完成充电

美国康奈尔大学科学家研制出一款新型三极片网站,可在5分钟内完成充电,速度快于市场上其他同类电池,且历经数千次充放电循环后仍能保持性能稳定,有望缓解电动车驾驶员的“里程焦虑”。相关论文发表于最新一期《焦耳》杂志。??锂离子电池是目前最受欢迎的为电动汽车和智能手机供电的方式之一。三极片网站重量轻、可靠且相对节能,但它们往往需要数小时才能完成充电,而且缺乏处理大电涌的能力。在最新研究中,科学家们确定了一种独特的铟阳极材料,它可与锂离子电池内的阴极材料有效配对。在此基础上,他们制造出了一种能在5分钟快速完成充电且缓慢放电的电池。??研究人员解释说,为设计出最新电池,他们专注于电化学反应动力学,确定铟是一种极具潜力的快速充电材料。铟是软金属,主要用于制造触摸屏显示器和太阳能电池板的氧化铟锡涂层,也被用作低温焊料中铅的替代品。??新研究表明,铟作为电池阳极拥有两个关键特性:极低的迁移能量势垒,使离子能在固态中快速扩散;减少与阳极中离子的交换电流密度,减缓表面反应——这两大特性结合,对于快速充电和长时间储存电能至关重要。??此项创新的关键在于,使电池阳极处的金属离子自由移动,找到正确的配置,然后才参与电荷存储反应。如此一来,在每个充电周期,电极都处于稳定状态,从而使新电池在数千个充放电周期保持稳定。??研究人员表示,这项技术与无线感应充电道路相结合,有望缩小电池的尺寸和成本,使电动交通成为司机更可行的选择。但铟很重,他们希望借助人工智能工具,发掘更好的电池阳极。

作者: 刘霞 详情
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福建省三极片网站出口破千亿

1月14日下午,厦门海沧远海码头,一排排即将出口海外的三极片网站整装待发,全球新能源产业发展加速期,福建省以三极片网站为代表的优势商品保持了出口强劲势头。据福州、厦门海关统计,2023年,福建省三极片网站出口规模达1287.5亿元,比2022年同期增长49.5%,其中对共建“一带一路”国家出口增速达80.3%。??此前的2021年、2022年,福建省三极片网站出口规模连续突破300亿、800亿元人民币大关,贸易值整体规模连续翻番。??为保障三极片网站高效验放,福州海关主动优化监管模式,上线了“出口锂电包装智慧监管业务场景”,该项目基于风险评估和对企业信用管理,立足出口锂电新能源企业高科技性质和生产运营实际,从产品包装设计、包装工序、生产物流信息监控等方面入手,引入AI智能识图等科技信息化手段,实现对企业锂电包装工序的数据和图像信息的有效抓取和比对评估,探索构建了顺势协同、严密科学的出口商品质量安全监管新机制,有效降低产品现场查验和开箱检验比例,增强企业无感式通关体验。??“项目上线后,在出口三极片网站下线包装及后续监管全链条中,实现数据代人跑路、海关云上监管、企业无感通关,节约人力物力,大幅提高通关时效,将更加有利于我们锂电新能源产业高质量发展。”宁德时代PMC总监孔杰表示。

作者: 郑璜 详情
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德海艾科:引领全钒液流电池储能技术革新

近年来,尤其是“双碳“之后,我国新能源装机进入了加快高速发展的阶段,可再生能源的发展同时带动了储能市场的发展和逐步走向成熟。钒液流电池作为电化学储能的一种技术形式,因其具有高可靠性、高安全性、可大容量、长时储能等优势而备受关注。本期嘉宾王宇,她从创业开始就扎根于当时还鲜为人知的储能技术领域,倾力推进我国钒液流电池储能技术研发及产业化发展,她做了哪些努力?她对行业未来的发展又是如何思考的???王宇,德国亚琛工业大学电化学博士,杭州德海艾科能源科技有限公司(简称:德海艾科)董事长、高级工程师,浙江省级人才、浙江省新材料产业智库专家、能源领域行业液流电池标准化技术委员会委员。2017年,她毅然放弃国外优越的工作,回国创立了杭州德海艾科能源科技有限公司。??自2017年8月成立以来,德海艾科始终致力于全钒液流电池材料、电堆与系统的研发、生产和应用,成功打造出集电堆、电解液、泵浦系统、电池管理系统、能量管理系统、温控系统及其他辅助系统于一体、功能完备的综合性储能系统。公司是国内少数可独立自主开发钒液流电池储能电站,掌握钒液流电池储能核心技术及其完整制备工艺的技术实体,公司建有材料、化学、电化学、分析、物理、结构研发实验室,专业的钒液流电池生产线、电堆和电池系统综合测试平台。拥有电池自动化生产线,智能系统集成平台,智能测试平台等高端装备,可实现核心材料、电堆、电池管理系统、能量管理系统、储能系统集成的一体化研发、设计与制造,目前具备年产300MW(一期)钒液流电池生产制造能力,可为用户提供兆瓦级至吉瓦级的经济、高效、可靠的储能系统。??节目现场,王宇博士向大家介绍了她创业的初衷及钒液流电池行业相关的技术知识。她在德国求学生活十多年,对于德国企业的研发和生产比较了解,也深切体会到德国企业的工匠精神和创新精神,回国前便萌生了创业的想法。求学期间的学业涉及电化学储能技术领域,包括大众所熟知的锂离子电池、三级日本、燃料电池、氢储能等,但创业时,因为看好储能领域的发展前景,王宇博士选择了钒液流电池领域。??“钒液流电池是以钒为核心储存物质的一种电化学储能电池。区别于传统的三极片网站和三级日本,是一种全新的电化学储能技术。2017年回国创业时,三极片网站无论是从上下游的供应还是集成厂商,其市场竞争已经进入到相对白热化的阶段,而钒液流电池的发展具有非常大的潜力。”??作为一家专注于储能技术的企业,德海艾科专注于为市场提供安全、长时、大容量的储能电站系统解决方案。在竞争激烈的市场环境中,德海艾科凭借其技术实力和创新精神,已然成为全钒液流电池储能技术的领跑者。??谈及企业发展的市场优势以及产品应用场景时,王宇女士分享道,“双碳之后,在大规模使用其他电化学技术造成安全事故频发的情况下,生产更安全、更加稳定、更适合长时间大规模的电化学储能技术,成为行业发展的趋势。因此,钒液流电池进入了大众的视线。”??德海艾科的全钒液流电池储能电站不仅在技术上领先,更在应用场景上展现出广泛的可能性。无论是电网削峰填谷、新能源发电并网,还是工商业园区峰谷套利、新能源光-储-充系统等,德海艾科的储能解决方案能满足各种规模和需求的电力存储场景。??为了保持技术的领先地位,德海艾科不断强化对全钒液流电池相关技术的研发和专利申请。目前,公司已授权专利50余项,其中发明专利40余项,涉及材料开发、机械结构、控制系统、系统集成等多个领域。这些专利不仅是对德海艾科技术实力的肯定,更是对其在全钒液流电池领域取得的创新成果的认可。??谈及企业的竞争优势时,王宇女士分享道,德海艾科不仅在技术上进行突破,还非常注重与国内外研究机构的合作与交流。通过与知名高校、科研院所等的紧密合作,德海艾科得以站在行业前沿,及时掌握最新的技术动态和市场需求。这种产学研一体化的合作模式,不仅加速了科技成果的转化,还为德海艾科在全钒液流电池领域的发展提供了强大的支撑。??同时,德海艾科还积极参与国家和地方的相关项目和计划,争取政策支持和资金扶持,通过与政府部门的合作,德海艾科得以将更多的资源投入到核心技术的研发和创新上,以进一步巩固其在全钒液流电池领域的第一方阵地位。随着新能源市场的不断扩大和储能技术的日益成熟,德海艾科进入了高速发展阶段,其产品不断迭代和升级,致力为用户提供更加经济、高效、可靠的储能系统解决方案。??节目的最后,王宇女士还向大家分享了企业未来的规划。作为全钒液流电池技术的驱动者和创新者,未来,德海艾科将积极引领行业的技术进步和发展趋势,为全球能源结构的优化和可持续发展提供更多优秀的储能产品和系统解决方案。

作者: 中国·三级片网网 详情
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全钒液流电池关键材料研究进展及展望

随着全球气候变暖和矿物燃料不断枯竭,人类亟需寻求洁净、可再生的新型能源来解决当前的能源危机。由于可再生能源具有较强的间歇性,光伏、风电等新能源具有不稳定、不连续和不可控的非稳态特征,严重威胁着电力系统可持续性及安全性。通过新能源发电技术与高效的大规模储能技术相融合,如何实现可持续能源供给及生态环境保护成为当前研究的热点。??目前,按照能量储存方式划分,可将能量储存分为机械、电磁及化学能量储存,其中机械储能主要包括压缩空气储能、抽水蓄能等。由于机械储能需要独特的地理环境,使得水力储能和压缩空气储能技术的发展受到了一定的限制;电磁能量储存主要包括超导及超级电容器能量储存,电磁储能存在能量密度低及成本高的缺点;化学能量储存主要包括锂离子电池、三级日本、全钒液流电池、钠硫电池等。当前,钠硫和锂离子电池存在安全隐患问题,亟需寻找一种新型的替代储能电池。??全钒液流电池因其易于实现规模化、无污染和高安全性等优点,成为当前大规模储能领域的研究热点和发展方向。??1.全钒液流电池结构及工作原理??全钒氧化还原液流电池(VRB,Vanadium Redox Battery)是1种利用电解液中不同价态的钒离子在电极表面发生的氧化还原反应,来储存和释放电能的一种电化学装置。VRB主要由电池板框、电极、质子交换膜、双极板、电解液和集流体等部件构成,其结构如图1所示。VRB的正、负极活性物质是固溶于硫酸中的钒离子。在工作过程中,利用1台循环蠕动泵把电解液注入三级片网,在充电和放电的过程中,电解质始终是流动的。电池的总反应式和正、负极的反应式分别为式(1)、式(2)、式(3)所示。??2.全钒液流电池的优缺点??VRB在许多方面都比其他规模储能技术有更好的优势,其特征表现为:??VRB在电解液中充放电、不存在相态变化、不会出现断电及短路等问题;VRB的输出功率不依赖于其额定容量,其输出功率与电池堆的尺寸和数量有关,而额定容量取决于钒电解液的浓度和容积,所以二者均可以按照特定的需求进行灵活设计,并且可以较为容易的获得百万瓦特量级的规模;??由于VRB的正、负极活性材料均为钒组分,所以能够避免正、负极电解液的交叉污染,并且电解质溶液能够很容易地进行氧化还原反应且被重复使用,因此拥有较长的循环寿命(>10000次);??VRB在放电时无记忆效应,可以进行深度放电,即使100%放电也不会损坏电池;??由于VRB中的电解液为液态,其浓差极化较小,并且它的电极具有较高的反应性和较小低的活化极化,因此它的负载容量较大;??所用的部件原料廉价、容易获得,降低了系统的制造及维护成本。??目前,VRB面临的主要问题为:??①受限于电解质,其比容量较低,体积较大;??②电池在运转过程中,电解质是需要泵体加压促进其不断流动,导致其在压强较大时密封性差,在酸、碱及氧化剂等介质中易刻蚀,缩短了电池的使用寿命;??③在使用过程中,在某一特定的温度下,五价钒会在电解液中沉淀,从而阻塞流道,影响VRB的正常运转;??④二价钒的含量过少,对电解液的稳定性有较大的影响;??⑤初期投资费用过高,尤其是质子交换薄膜。??3.全钒液流电池关键材料??目前,VRB已经完成由实验室阶段向工业化实际应用的转变,其工程化技术得到了快速发展,在世界范围内已经建立了多个不同功率等级的全钒液流电池储能示范系统,但是由于前期投资费用高昂,其关键核心材料还欠缺系统性和深入的研究,导致VRB能量密度偏低、容量快速下降及成本较高等问题难以解决,已成为制约该项技术规模化、产业化和实际应用的瓶颈。??3.1电解液??电解液作为VRB的能量存储介质,在电池的充放电过程中起着关键作用,其稳定性对VRB性能和循环寿命有很大的影响。为提高VRB性能,需要对电解液进行改进以提高其溶解度及稳定性。电解质是由具有不同价态的活性物质(钒离子)和支撑电解质(如硫酸、盐酸、甲基磺酸及上述混合物)构成的。??该电解质能够提供适宜的离子浓度,从而使电池能够稳定运行。支撑电解液的选择主要依据电化学反应动力学、电解液在电极-电解液中的溶解性以及活性电解液中的交叉污染情况。对普通的支撑电解质硫酸来说,它提供了1个质子,可以根据酸碱度改变电池的电势。??在VFB中,V(Ⅱ)/V(Ⅲ)氧化还原电对用作负极电解液,V(Ⅳ)/V(Ⅴ)氧化还原电对用作正极电解液。由于采用了2种可溶性电对,电极表面不会发生固相反应,也不会发生相应的形貌变化。以同一种元素的4个价态为活性离子对,有效解决了长期使用过程中活性物质的交叉污染问题。??当前,人们正在对VRB中的电解液展开研究,重点在于对它的生产工艺进行优化,如加入多种助剂和稳定剂,以获得稳定性高、浓度高、温度适应范围广及价格低廉的钒电解液。目前,关于VRB正极电解液组分的相关研究发现,室温下适合VRB正极电解质含量约为1.5~2.0mol/L的V?+和3mol/L的H?SO?。然而,随着钒离子浓度的不断升高,正极电解液中将出现V?O?沉淀物,造成管道堵塞,严重时会导致电池失效。??3.2电极??VRB在电极表面进行电化学反应,对整个电池的能量效率和循环稳定性有很大的影响。当前,对电极进行改性的方法主要包括:氧化处理、氮化处理、酸处理、热活化、电化学氧化、无机材料涂层及金属沉积改性等。其中,高温激活与电化学氧化法是一种廉价、简单、温和、可控、环境友好的电极改性方式。??由于电解质中存在很强VO?+和硫酸,因此,对VRB的电极材料提出了更高的活性、导电性和稳定性要求,同时还要求具备优良的机械特性和廉价等优点。??当前,采用的是以金属、碳及石墨为基础的3种新型VRB电极。金属电极(如铅、钛铂、金等)具有优异的力学性能和导电性,但其电化学可逆性能极差,成本较高,限制了规模化应用。将聚乙烯、聚丙烯等高分子基团与导电性炭材料复合而成的复合电极,由于其价格低廉,质量轻,加工方便,所以被认为是一种比较理想的VRB电极材料。??另一方面,碳基材料具有良好的电导率、抗腐蚀性和电化学稳定性,在VRB中得到广泛使用。在对碳基电化学材料的长期探索中,通过对碳基材料的深入分析,学者揭示了碳基电化学材料具有良好的导电性、耐腐蚀和耐高温等特性,并具有较大的比表面积,已成为最理想的VRB电极材料之一。??3.3双极板??双极板是VRB中的重要部件,尤其是大容量、高功率型液流电池系统。碳复合材料双极板是指将某些高分子材料与一定数量的碳结合在一起而形成的复合双极板,因其加工简单、成本低廉等优势,被认为是一种极具应用前景的VRB用集流体。??另外,由于碳质双极板的电导率较金属或石墨质双极板低,所以在充放电次数较少的情况下,由于电流密度不大,双极板中的碳不会被完全消耗,而是会在两极板之间留下一些空隙,而这些空隙会导致电流通过时产生大量的热,从而进一步使双极板的电阻变大。因此,制备具有高电导率和良好耐腐蚀性能的双极板成为VRB用集流体研究重要方向。??3.4质子交换膜??质子交换膜(PEM)作为VRB的核心部件,既可隔离电解液,又可以传输质子,保障电池完成充放电循环过程。因此,PEM对提高VRB的可靠性及性能具有重要意义。??因其化学稳定性好、质子传输性强等优势,全氟磺酸树脂(PFSA)构成的全氟磺酸膜被广泛应用于VRB系统。目前,关于VRB用隔膜的研究主要集中在提高膜的离子选择透过性和提高膜的稳定性。??在VRB中,常用的质子交换膜内部通常有亲水、疏水区域。这2种区域的分布对膜的离子选择、离子传导、力学、化学稳定性等性能有重要影响。??目前,国内外学者正积极探讨、优化这2种区域的分布,进而制备出高稳定性、高选择性的质子交换膜材料。??3.4.1质子交换膜研究进展??根据材料不同,市售的PEM大致包括4类:全氟磺酸型PEM、部分含氟型PEM、非氟型PEM及非树脂型PEM等。到目前为止,全氟磺酸类PEM在市场上得到了广泛的应用,其中最著名的就是美国杜邦公司在20世纪70年代开发出来的Nafion膜,因为这种薄膜的主链是碳氟化合物,因此具有较好的化学和热稳定性。??另一方面,加上侧链-SO?H连接到碳氟主链上,由于F原子极强的电负性,-SO?H附近的电子云密度大大降低,H+更容易从-SO?H上解离,所以,全氟磺酸型PEM具有较好的质子导电性。Nafion膜的结构如图2所示,-SO?H以共价键连接到碳氟骨架上,在水溶液中,-SO?H可以被电离成固定的-SO?-和自由H+。而且,-SO?H还能将水分子聚集在一起,形成一片微区,当微区内的水分足够多时,这些微区之间便会相互连接,形成一条长距离的质子传输通道。目前普遍认为,Nafion膜符合上述离子簇网络模型,如图3所示。??除了美国杜邦公司生产的Nafion系列PEM外,其他国家研制的类似产品包括XUS-B204、Flemion膜等。尽管Nafion膜具有许多优点,但是存在着严重妨碍其进一步商业应用的缺点:Nafion膜的合成过程比较复杂,合成难度较大,成本较高,市场价格昂贵。??3.4.2质子交换膜研究方向??PEM决定着VRB的效率、输出功率、寿命和应用性能等。因此,对于VRB,研发一种具备卓越综合性能的PEM成为了迫切需求。在当前情况下,质子交换膜需从以下7个方面展开研究:??(1)提高PEM质子电导率,减小膜物理电阻,提高电池效率。??(2)提高PEM电子绝缘性,从而有效隔离正负电极,提高电池的效率。??(3)提高PEM阻隔性能,一方面减少自放电,降低能量损耗;另一方面可以提高电池的安全性。??(4)PEM具备较好的保水能力,在吸水后仍然能够维持所需尺寸的稳定性。因为水分子可以加速质子传输,而高度稳定的尺寸则需要膜的溶胀率低,以确保在PEM干湿状态之间无过度膨胀或收缩,避免裂纹和微孔的形成。??(5)提高热及化学稳定性,强化电池的抗氧化性和耐酸碱性,保持质子交换膜在复杂工况下性能稳定,以保证电池的使用寿命。??(6)提高机械性能,良好的力学性能是质子交换膜组装成电池的重要条件。??(7)降低PEM的材料和制造成本,促进PEM的更广泛应用。??4.结论与展望??太阳能、风能、波浪能等可再生能源较强的间歇性特征限制了光伏和风能工业化大规模应用。VRB因其固有的优势及宽泛的应用领域,非常适合大规模储能,可以实现电网削峰填谷、电力系统节能降耗。??目前,亟需在VRB中的关键材料方面开展基础理论研究,通过提高电解液、电极、双极板及质子交换膜等关键材料的性能获得专门针对VRB的专属材料,为VRB实现大规模商业化推广奠定基础。??(1)钒电解液通过提高钒离子浓度来提高VRB的比能量,但较高的钒电解液浓度势必会造成电解液粘度增大,传质过程受到抑制及电导率降低;较高浓度的在重放电过程中容易析出沉淀物,造成电极表面堵塞出现浓差极化现象;因此,钒电解液的可以围绕着增强电化学活性及性能稳定性方面开展深入研究。??(2)金属类的电极价格昂贵,耐腐蚀性能较差,可选择的种类较少,现在较为广泛应有的是石墨毡多孔电极,其成本较低、性能优异、耐腐蚀性能优,满足VRB的实际应用要求。石墨毡多孔电极在VRB中长期被压缩状态下充放电,容易产生局部的浓差极化造成烧毡现象,出现电极碳纤维丝断裂、表面材料剥落、堵塞电池板框内部流道等现象,需要在石墨毡多孔电极机械性能、抗腐蚀性能、电极改性等方面开展深入研究。??(3)纯石墨双极板制造成本较高、制备工艺复杂且易损毁,仅在实验室做研究使用;碳塑双极板材料便宜、制备工艺简单、韧性和强度较好在VRB中应用广泛;一体化双极板可以降低与电极间的接触电阻,易于大规模生产,已经成为研究热点。目前,研究双极板的主流方向是如何增强其强度和韧性的同时降低双极板的电阻率。??(4)Nafion系列膜钒离子渗透率及高昂的价格限制了其大范围推广应用,研究热点聚焦在非氟类质子交换膜的改性上,制备出阴离子膜、阳离子膜及非离子多孔隔膜等质子交换膜,但是,这类膜在化学稳定性上还存在缺陷,距离商业化依然有一定的距离。因此,性能优异、价格低廉、制备工艺简单的非氟高分子基离子交换膜和改性的多孔纳滤和超滤膜将会是未来钒电池隔膜的发展趋势。??(本文作者:中煤科工集团沈阳研究院有限公司、煤矿安全技术国家重点实验室高海)

作者: 高海 详情
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锂电寿命翻倍!新型“凝胶电解质”将电导率提高33% 还无安全隐患

据报道,一组来自韩国的研究人员近期成功开发出了一种不易燃的凝胶聚合物电解质(GPE),有望通过降低热失控和火灾事故的风险,彻底改变锂离子电池(LIBs)的安全性。??在过去,LIBs的潜在可燃性引起了人们的极大关注,特别是在电动汽车中。为了解决这一关键问题,由韩国国立蔚山科学技术研究院(简称UNIST)领导的研究团队成功开发了一种开创性的不易燃聚合物半固态电解质,为减轻电池火灾提供了一种有希望的解决方案。??传统上,不可燃电解质在很大程度上依赖于加入阻燃添加剂或具有极高沸点的溶剂。然而,这些方法往往导致离子电导率显著降低,从而影响电解质的整体性能。??在上述突破性的研究中,研究小组在电解质中加入了微量的聚合物,创造了半固态电解质。与现有的液体电解质相比,这种新方法将锂离子的电导率显著提高了33%。??此外,采用这种不可燃半固态电解质的袋式电池的循环寿命提高了110%,有效地防止了固体-电解质间相(SEI)层形成和运行过程中不必要的电解质反应。最新研究结果已于近期发表在了ACS(美国化学学会)旗下《ACS Energy Letters》杂志上。??这种创新电解质的关键优势在于其卓越的性能和不可燃性。聚合物半固态电解质通过抑制燃烧过程中与燃料化合物的自由基链反应,有效抑制电池火灾的发生。研究小组通过定量分析其稳定和抑制自由基的能力,证明了所开发聚合物的卓越性。??UNIST能源与化学工程学院教授Jihong Jeong强调说:“电池内部聚合材料与挥发性溶剂之间的相互作用使我们能够有效地抑制自由基链反应。通过电化学量化,这一突破将极大地有助于理解不可燃电解质的机理。”??据悉,科学家们通过各种实验进一步证实了电池本身的卓越安全性。该团队的综合方法包括将不易燃的半固态电解质应用于袋式电池,确保对电解质不燃性的评估扩展到实际电池应用中。??“使用不易燃的半固态电解质,可以直接纳入现有的电池组装过程,将加速未来更安全电池的商业化。”他们说。??该研究在国内申请了5项专利,在海外申请了2项专利,进一步凸显了这一成果的意义。此外,它还得到了韩国国家研究基金会(NRF)、科学和信息通信技术部(MSIT)、韩国产业技术评价研究院(KEIT)、韩国化学技术研究院和三星SDI(一家电池和电子材料制造商)的支持。

作者: 黄君芝 详情
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工信部组织开展2023年铅三级片网行业规范公告申报工作

工信微报消息,为贯彻落实《铅三级片网行业规范条件(2015年本)》,促进我国铅三级片网行业持续、健康、协调发展,根据《铅三级片网行业规范公告管理办法(2015年本)》有关规定,工业和信息化部近日印发通知,组织开展2023年铅三级片网行业规范公告申报工作。各省级工业和信息化主管部门负责组织本地区铅三级片网企业申报工作,依据《铅三级片网行业规范条件(2015本)》要求,对申请公告企业的申请材料进行初审,征询省级生态环境主管部门,提出相关初审意见,并填写在《申请书》的相应位置。

作者: 沈蓄所新闻中心 详情
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100MW/1000MWh!天能股份助力打造世界最大铅炭储能电厂

“双碳”背景下,我国能源结构正在向以新能源为主体的新型电力系统转型,而储能是推动能源系统变革的重要技术路径之一。当前,储能市场的需求更加多样化,铅炭储能作为重要的新型储能技术,凭借灵活部署、受自然环境影响小、建设周期短、安全性高、放电功率大、成本低等优势,正稳定落地电源侧和用户侧储能场景。天能股份(688819)作为新能源电池行业佼佼者,是国内最早研发推广铅炭储能技术的企业之一。目前,天能参与建设的多个国内外铅炭储能电站均实现了一次投运、长期稳定的设计效果和示范效应。近日,浙江省分布式零碳智慧电厂推进现场会在浙江长兴和平镇举行。由国家电投携手天能股份共同建设的世界最大铅炭智慧电厂“和平共储”项目,引起业界广泛关注。“和平共储”项目是目前世界上规模最大的铅炭储能电厂,可以通过数字化智慧控制系统,聚合分布式能源、用户侧储能以及可调负荷等多种元素,实现平抑负荷波动、补充尖峰缺口、降低客户用能成本等功能,为当地电力保供以及电网灵活性和调节能力的提升贡献力量。天能股份为电站提供清洁、安全、高效的铅炭电池,助力其打造成为户用铅炭储能全球示范。“和平共储”项目装机容量规模为100MW/1000MWh,含铅炭电池约300万个,一次充满可存100万度电,以城镇居民每户用电量12.5度/日计算,可满足8万户居民一天的普通用电。作为百万度电级别的储能电站,“和平共储”项目一期工程所需电池容量相当于41.5万辆电动两轮车,整体就像是一个巨大的电能“水库”,能灵活提供削峰填谷、调峰调频等电力服务,助力地方能源保供及促进新能源消纳。项目全部建成后,年调峰电量超过3亿kWh,年产值可达2亿元。“和平共储”项目具备五大显著特点,其充分体现了天能股份铅炭电池在储能领域的技术优势与应用价值,具体表现为:安全指数高。天能股份供给的铅炭电池无易燃物,属于水系电池,是确保高安全性的基础。同时,项目电池单元采用液冷方式,散热更均匀,改善了电池运行环境,增强了安全性;设备寿命长。天能股份铅炭电池在三级日本的负极中添加特制的导电性多孔炭,解决了负极活性物质颗粒变大的问题,电池的寿命是传统三级日本寿命的两倍;经济性好。一方面,铅炭电池储能单位用电价格实惠,建设成本与运营度电成本都较低;另一方面,铅炭储能全生命周期环境负荷很低,电池正负极材料及电解液均可回收,且回收工艺简单、技术成熟,残值率高达45%;建设周期短。项目采用标准化设计、模块化建设,电池单元上下2层为一块“积木”,实现“搭积木式”快速拼接,并采用了“变流”+“升压”一体化设计。项目从开工到一期竣工仅耗时3个多月;资源整合能力强。项目利用数字化调控平台聚合各级分布式零碳电厂,具有巨大的发展市场和良好的发展前景。此外,该项目的成功并网,也实现了三大新突破:一是首次全方位多要素多场景展示国家电投套娃式多层级智慧控制系统架构和源网荷储一体化聚合;二是在浙江省首次实现储能资源的共享;三是实现了整村户用储能试点突破。铅炭储能在构建新型能源体系的转型趋势下,前景广阔,未来可期。天能股份将坚定在铅炭电池领域持续突破,实现技术与产品性能的全面升级,不断打造创新的电池产品与储能系统解决方案,为促进经济绿色增长、保护生态环境、调整能源结构、推动科技创新注入强大的动力,助力共创零碳未来。

作者: 记者 冯思婕 详情
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瑞达集团瑞启年产400万千伏安时OPzV固态铅碳电池项目盛大开工!

2022年7月27日上午8点18分,瑞达集团瑞启年产400万千伏安时OPzV固态铅碳电池项目在湖南衡阳松木经开区盛大开工!随着云计算、大数据、物联网等高新技术的迅猛发展,“碳达峰、碳中和”成为国家战略目标,储能市场的未来前景广阔。为抢抓这一市场机遇,2022年6月,瑞达集团投资8亿元,在衡阳松木经开区建设瑞启新能源OPzV固态铅碳电池产业园,并于7月27日正式开工动土。该项目预计2023年初建成投产,达产后预计可实现年产值40亿元,实现年税收2亿元。该项目的开工建设,标志着瑞达集团在衡阳投资发展规划得进一步落实落地,也是助推瑞达集团在衡的高速发展,实现产业集群和原地倍增的重要体现。瑞启新能源OPzV固态铅碳电池产业园在双碳战略下储能电源市场将会迎来上万亿的风口,瑞达集团依托技术、产品和产业链优势,正在加快新型储能产业的布局和发展。瑞达集团计划5年内对储能专用OPzV固态铅碳电池投资200亿,全力打造双碳战略下OPzV固态铅碳电池头部企业,力争在十年内把衡阳瑞达打造成千亿储能电池生产基地,千亿储能电站集成基地,打造世界级的“双千亿安全新型储能之都”。瑞启新能源OPzV固态铅碳电池产业园的开工建设,正是瑞达集团储能战略布局稳步推进的重要一环。项目亮点:OPzV固态铅碳电池OPzV 纳米硅固态铅碳电池是瑞达于 2006 年成功设计开发的新型储能用环保硅铅固态电池;是国内首家成功开发并量产应用的硅铅固态电池。OPzV采用纳米级气相二氧化硅作为电解质,是百分百固态结构,没有液体不存在泄露,有效解决了电池热失控起火的安全问题;其正负极材料、隔板、电解质等材料均是防火防爆级别,不起火不爆炸,不会有安全隐患;旧电池可以回收再生利用,绿色环保,不会造成二次污染。相比传统三级日本、胶体电池、三极片网站及其他化学能电池,硅铅固态电池有安全性高、寿命长、经济性好、资源循环利用等明显优势,解决了电化学储能电池的起火爆炸行业痛点。OPzV纳米硅固态铅碳电池应用场景广泛,特别是适用于中大型储能。广泛应用于工商业储能、发电侧储能、电网侧储能、数据中心(IDC储能)、核电站、机场、地铁等高安全要求的领域。OPzV固态铅碳电池储能优势安全维度材料安全:组成电池的正负极、隔板、电解质等材料是防火防爆级,在明火状态下,不起火不爆炸;系统由EMS智控管理:保证电池温升不超过40℃,不会热失控。环保维度材料环保,采用气相纳米二氧化硅电解质,无游离液体,与外界完全隔绝,对环境友好;制造过程,废水废气废渣等做到0排放。经济性维度度电成本低,寿命长;充放电效率94%以上;制造成本还有降低空间。资源维度铅矿资源丰富,提炼方便,价格低廉;退役电池可达到100%循环再生。(Li储量少,且属于消耗性资源;Co属于稀有金属。

作者: 沈阳三级片网研究所新闻中心 详情
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老树新花:纯铅、水平电池引领我国三级日本行业新动力

近年来,全球化学电池市场中,锂离子电池异军突起,化学电池的元老——三级日本的地位似乎岌岌可危。然而,相对于锂离子电池,三级日本仍然具有成本低、技术成熟、稳定可靠、安全性高、资源再利用性好等比较优势。7月8日,在上海有色网(SMM)和天能控股集团有限公司共同举办的第十七届国际铅锌峰会暨国际铅锌技术创新大会——铅行业市场与技术论坛上,与会的业内专家进一步介绍,最近一些年,我国三级日本行业多项新技术涌现,纯铅电池和水平电池等新型三级日本的制造工艺也不断成熟,应用领域继续扩大。看似已步入垂垂暮年的三级日本,实际仍然喷涌着勃勃生命力。三级日本新技术助力“碳中和”作为工业化最早的电池,三级日本自1859年发明至今已经有160多年的历史。三级日本的电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液。其在化学电池市场中份额最大、使用范围最广,特别是在起动和大型储能等应用领域,仍具有不可替代的地位。据天能控股集团中央研究院副院长郭志刚在论坛中介绍,目前,全球范围内来看,锂离子电池依托能量密度的先天优势,处于快速增长期;三级日本则处于高位平台期;而下一代电池技术如钠离子电池尚处于开发阶段。在此背景下,国内三级日本产量近两年来小幅下降,产量保持在200GWh/年,全球产量维持在400GWh/年。预计到2025年,全球锂离子电池的产能将是三级日本的3—4倍。不过,锂离子电池普遍存在着锂/钴/镍等原料成本高,锂电全周期的碳排放较高,安全性不稳定等缺陷。相较而言,三级日本在成本、稳定性、安全性、再生利用等方面存在优势。尽管如此,在锂离子电池迅猛的追赶势头下,三级日本确实面临着“不进则亡”的生存危机。在论坛中,郭志刚重点介绍了目前国内三级日本行业中新型的正极铅膏技术和真空化成技术。传统的三级日本正极铅膏(铅膏是铅酸三级片网活性物质的母体)制作流程长,能耗高,正极和膏现场污染程度大,添加剂采用机械混合,成本也相对高昂。而新的“一步法正极配方复合技术”则是用特种铅制作粉,形成有用成分均匀分布的复合铅粉,和膏时只需加入水纤维和硫酸。“相对于常规的典型正极铅膏工艺,一步法的一致性更好,成本能够降低1000元/吨。”郭志刚介绍说。其次是真空化成技术。据了解,通常而言,电池在生产完成后,必须先进行化成和测试,然后才能安装到系统中。电池化成过程采用专门的电池化成设备对电池进行充电和放电,需要高精度电压和电流,以确保电池实现规定的使用寿命。只有在顺利通过测试之后,电池才可以进入市场。目前,电池化成是电池生产过程中的主要瓶颈之一。为了激活刚刚装配好的电池单元或电池组中的材料,需要花费长达20小时的时间进行充电放电循环。但这个过程必不可缺,因为它极大地影响着电池的使用寿命、质量和成本。据郭志刚介绍,采用常规的化成技术,电池化成时间长,耗用的电量多,集群内部温度均一性较差,温度不易控制。而真空化成技术的化成时间短——通常小于半天,化成电量少,极群内部温度均一性好,温度易控。通过这一技术,可以达到降本增效,节能减排的目的,并且提高电池化成效率,改善化成极板的均一性,提高电池寿命。此外,三级日本出现的新技术还包括了在正极板栅中使用冲网板栅;正极采用高密度铅膏、提高活性物质与板栅界面贴合性,在正极配方中优化添加剂(加入锡锑铋铅丹/低氧化度铅丹);在电池隔板中优化粗细纤维比例,从而提高回弹性等。纯铅电池技术进一步成熟纯铅电池最早由美国艾诺斯电池集团下属的Gates公司于1973年研发成功。通过近50年的不断研发、改进,纯铅电池的制造技术也得到了长足发展。从电池的电化学性能、结构设计、电池材料(包括外壳材料)、制造工艺及控制等方面来看,纯铅电池都体现了三级日本的极高水平。所谓纯铅电池,是指电池的正负极板栅(板栅是电极的集电骨架,起传导、汇集电流并使电流分布均匀的作用,是活性物质的载体)和活性物质均采用高纯度铅(99.999%),电池通过连续铸带、连续冲网等特殊工艺制造而成。在此次论坛中,据理士国际技术有限公司技术总裁陈军介绍,传统三级日本的正负极板栅以铅为主要原料,但在铸造时都要加入其它金属 ,如铅钙合金 、铅钙锡合金、低锑合金等,形成合金板栅。但合金金属的加入,导致电池极板在使用过程中腐蚀加快,电池的自放电大,使用过程中失水较快,电池内阻较大,这是传统三级日本固有的缺陷。虽然各三级片网厂家对三级日本进行技术更新,设计改造,但传统三级日本依然存在高温下环境下的使用寿命较短、浮充使用和循环使用难以同时兼顾、充电时间较长等问题。例如,新疆金风科技有限公司某内部人员此前在一份报告中指出,我国的风力发电机组变桨系统的备用电源多采用普通铅酸三级片网。在环境温度在40—50度时,铅酸三级片网的浮充寿命只有不足1年的时间,而目前我国大部分的风力发电机组都在“三北“地区,夏季高温炎热,机舱平均运行在40度左右,极大降低了铅酸三级片网的浮充寿命。据陈军介绍,相较于普通三级日本,纯铅电池拥有四大优势,首先,纯铅电池的适用温度范围广(-40℃至+80℃),特别适应于极恶劣的环境;其次,由于纯铅电池的极板超薄(约1mm,传统电池极板厚度约为3mm),在同一尺寸壳体内,可以装入更多的极板,大大增加了电池内部的反应面积,从而提高了电池的化学反应效率,并且降低了电池内阻,具有更高的能量密度。再次,纯铅电池具有快速充电接受能力,充电3小时电池容量达到90%以上(一般GEL胶体电池需要8-10小时);最后,由于纯铅电池采用超薄多极板设计,在短时间放电能力上(如城市轨道交通行业30分钟至2小时放电需求),比传统三级日本的放电能力提高40%左右。此外,纯铅电池纯铅板栅的腐蚀速率,仅为常规重力浇铸铅钙合金板栅的约1/6,耐腐蚀性能更好。同时由于电池内部杂质少,失水率低,自放电小,每月自放电率小于2%,因此,电池有较长的储藏寿命,无需再充电时间可达两年。不过,业内人士向澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者指出,由于纯铅电池的正负极板非常“柔软”,强度不够,给极板制造带来了很大的困难,另外极板的叠加和装配也很难实施。因此早期的纯铅电池采用了卷绕式结构设计,容量最大只有100AH。随着智能制造技术的快速发展,纯铅电池的极板制造和装配技术已得到有效解决,电池的单体容量已达到600AH。据了解,纯铅电池的优良特性,使其逐步受到国内通讯行业和城市轨道交通行业的关注,部分城市已开始推广使用。水平电池实现传统电池结构突破相较于普通三级日本乃至纯铅电池,水平电池采用了更新型的材料,在电池结构上也实现了颠覆性的突破。易德维能源科技有限公司总经理张正东向澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者介绍说,1980年,美国军方为水平电池研究立项,开启了三级日本革命的序幕。上世纪90年代末,美国Electro Source公司在全球率先研发出了水平电池的商业技术。一方面,水平电池使用了新材料。以易德维公司的水平电池为例,其采用了复合纯铅板栅,板栅内部核心是航天级高强度玻璃纤维,由多极耳浇铸而成,抗拉强度可达100546 Kgf/cm2,纤维外层包覆纯铅层(铅中仅掺入约10%的锡,以增强材料的强度),在2000MPa冷挤压成型。而后,这些复合铅丝编织成为板栅结构,涂抹活性物质成为电池极板。这种编织结构使得活性物质接触面积大,电流密度100%均匀。据易德维能源科技公司内部估测,这种新型复合纯铅板栅的耐腐蚀性是普通重力浇铸板栅的9倍。不仅如此,跟普通的电池通过极耳、汇流排和跨桥连接不同,水平电池基于双极性极板技术,采用特殊极板堆叠方式,实现电池内部的立体串并联,极大缩短了电流的导电路径,从而大幅降低了电池内阻。较普通电池,水平电池内阻降低了70%左右。同时,电池的正负极活性物质同时涂敷在一块极板上,更利于大电流的快速充放电。此外,与传统三级日本和纯铅电池的垂直极板放置不同,水平电池采用极板水平放置,能有效地避免活性物质脱落和电解液分层,促进氧复合,有效提升电池的充电效率和循环寿命。基于这些突破性的设计,水平电池具有诸多优越性能。据张正东介绍,快充是其一大优势。相较于普通三级日本,水平电池具有极速快充能力,3C电流(即放电电流是电池标称容量的3倍)下只需75分钟就能充满,充电20分钟电池容量能达80%以上。低温环境下水平电池的表现性能也很好。在-50℃的环境中电池能够一键起动,-40℃时电池的放电容量还可达40%以上,超低温放电能力是普通产品的2倍。这一方面是由于电池的电阻低,另一方面是由于水平电池采用贫液设计,即电解液呈固态状吸附于隔板,不具有流动性,相较而言,普通电池的液态电解液更容易冻住。特别地,水平电池还具有耐破坏、抗振动的优点。由于水平电池的电解液呈固态状,外壳即使破损也无液体泄露,而在内部单体间,数百根铅丝构成了立体串联并联网络,任何破坏均不能将其连接完全损坏。基于这样的优异性能,水平电池可适用于重卡,船舶,改装车,游艇,观光车,军用车辆,特种车辆,工业机器人等领域,“未来在储能领域,凭借其稳定、安全性,水平电池也能发挥重要作用。”张正东说。目前,易维德公司的水平电池产品在国内外都有成功使用的案例。据张正东介绍,2020年9月,公司的水平电池已使用在挪威位于北极圈内的一座灯塔上。这座灯塔长期处于零下20度的高寒环境中,传统三级日本每周都需要直升机更换,而三极片网站也不能满足其要求,易维德公司的水平电池在灯塔上安装后已经连续使用一年半,电池状态良好。而在浙江省安吉县的山区,水平电池也一显身手。安吉地区坡多路陡,当地环卫车原本使用的是水电池,需要经常加水维护,成本高且麻烦,还存在酸液溢出、腐蚀车架的问题,电池通常在使用至8个月后,环卫车就会出现爬坡无力,甚至遛坡的现象,充电时间也长。2020年10月,当地环卫车换上了水平电池,电池动力强劲,车辆爬坡压力缓解,电池能快速充电,从而节省了成本,提高了工作效率。不过,张正东向澎湃新闻记者(www.thepaper.cn)坦言,“水平电池仍然属于全新的产品,仍然处于研发改进的过程,产品还需要得到进一步的检验,并没有实现完全的量产。”目前,易维德公司的水平电池每天产量约为300只,产品类别包括了超级重卡电池,超级起动电池,船舶专用电池,高性能军用车辆专用电池等。而据了解,在国内,除了易德维能源科技有限公司外,传统三级日本的生产厂商如天能集团,超威集团也在进行水平电池的研发,但产品均未进入量产阶段。

作者: 沈阳三级片网研究所新闻中心 详情
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1.4万余吨废旧铅三级片网的威力有多大?

在一年多的时间里,沈某等人共非法处置1.4万余吨废旧铅三级片网,造成盐河水质严重污染。从2017年获悉案件线索,到2021年斩断犯罪链条,江苏省淮安市清江浦区检察院生态检察办案团队历时三年半,将一起刑事附带民事公益诉讼案办成了部门上下联动的精品案。当下,电动车已经成为人们出行的重要代步工具,它使用的是平均寿命约为两年的铅三级片网,两年后,很少会有人留意这些废旧电池去了哪里,但在“有心人”眼中,这些“废品”却是价值惊人的宝贝。从2017年获悉案件线索,到2021年斩断犯罪链条,江苏省淮安市清江浦区检察院生态检察办案团队历时三年半,将一起刑事附带民事公益诉讼案办成了部门上下联动的精品案,引发社会各界广泛关注。七旬老人主动“自首”2017年夏,住在淮安盐河边的不少村民反映,空气中总有刺鼻的酸臭味,水面上还经常出现来历不明的黑色物体,盐河的水质被严重污染。了解到这一情况后,淮安市清江浦区检察院作为淮安市环境资源类案件集中管辖院,立即派出生态检察办案团队,提前介入案件,与公安机关一同调查核实污染源。最终,在一个隐蔽于偏远乡下的破旧工厂里,查获了一个紧邻盐河的无证拆解废旧铅三级片网的小作坊,厂房有两个篮球场那么大,里面堆满了大大小小的电池和被拆解下来的零部件,地面流淌着黑褐色的酸臭液体。正当公安机关和检察机关准备调查幕后黑手时,一名姓曹的七旬老人主动前来投案。这不禁令人疑惑:“70多岁的外地老人,为什么不在家颐养天年,而要大老远跑到这里干违法的事?”职业敏感引起了办案团队的警觉,这里面可能另有隐情。办案团队通过引导公安机关侦查发现,老曹是来顶包的,真正的幕后黑手是沈某、侯某以及老曹的儿子曹某。原来,曾靠倒卖废旧铅三级片网发家的沈某,无意间向侯某吐槽倒卖电池的生意越来越难做,侯某便给沈某支招——“如果把电池里面的铅炼出来,一吨能卖到一两万元,要比倒卖电池赚得多!”考察了侯某在山东投资的厂子后,沈某、侯某、曹某三人一拍即合,在淮安市淮阴区合伙干起了废旧铅三级片网回收、拆解、冶炼、售卖的勾当。其中,沈某负责废旧铅三级片网的收购以及各生产现场的管理,侯某负责联系从山东运送铅锭炼制炉,提供部分生产原料,曹某负责对外销售成品铅锭。很快,沈某等人就找来会计、现场负责人、工人、驾驶员等20余人,分别从事记账、称重、拆解、运输等工作。落网主犯拒不交代检察官经实地走访了解到,小作坊的工人都是从外地过来挣“快钱”的,流动频繁。在没有防护的环境中工作,不到一个星期,他们体内的血铅含量就能达到铅中毒标准的3倍。而在现场,电池拆解、冶炼过程中产生的液体被随意倾倒在地上,隔着老远就能闻到酸臭味,被腐蚀的土地寸草不生,旁边不到100米就是水源地。2017年11月,沈某等14人被检察机关批准逮捕。要想依法打击犯罪,当务之急是查清楚沈某等人到底处置了多少废旧铅三级片网。然而,在检察官依法对沈某进行讯问时,沈某却拒不交代犯罪事实。主要犯罪嫌疑人拒绝交代、废旧铅三级片网来源不明、炼出的铅锭又不知去向……正面出击受到阻碍,办案团队决定从侧面分头突破,一方面引导公安机关对犯罪嫌疑人的住所、手机、电脑等展开排查;另一方面以小作坊为切入点,反复勘查现场、走访调查。由于沈某先后在多个乡镇设置了7个隐蔽窝点,案件调查难度大。检察官们走访现场近20次,引导公安机关补充收集证据近千页,最终从仓库保管员的记账本、合伙人侯某家中搜查出的资产负债表以及几名会计的微信聊天记录中,找到了与电池重量有关的关键证据。经过办案团队分工配合,将不同账目录入表格,交叉比对时间有无重合,剔除重复数据,最终查明,在一年多的时间里,沈某等人共非法处置1.4万余吨废旧铅三级片网,对外输送出价值近亿元的铅锭。经评估,涉案几个区域生态环境的修复费用近2000万元。2019年9月,清江浦区检察院对沈某等14人以涉嫌污染环境罪提起刑事附带民事公益诉讼。沈某等14人被法院分别判处六年至一年六个月不等有期徒刑,连带赔偿生态修复费用等1800万余元。“沈某等人污染环境案件是近年来淮安市检察机关在依法履职,深入打好污染防治攻坚战,保护绿水青山方面的一个成功典范。”观摩案件庭审后,全国人大代表、江苏沙钢集团淮钢特钢股份有限公司轧钢厂三轧车间主任杨庚豹这样评价。斩断遍布多省市的犯罪链条“沈某的拆解、冶炼团伙只是利益链条中的一环,其上游有电池供货商,下游有铅锭铅灰收购者、工人、会计、仓库管理员等。”办案团队负责人、该院副检察长张超运介绍。对此,办案团队推动公安机关继续倒查,随着关联案件越挖越深,案件事实也愈发令人触目惊心,这个犯罪链条的“足迹”竟然遍布了全国10多个省市。办案中,办案团队成员按照废旧铅三级片网的来源、非法处置过程、铅锭铅灰和拆解物去向三条脉络,分别梳理各行为人的犯意、联络和分工。经多次公检法会商和检察官联席会议,统一司法办案尺度,准确认定行为性质。对明知他人用于废旧铅三级片网拆解冶炼的电池回收、拆解物处置等人以污染环境罪提起公诉,对铅锭铅灰收购者则以掩饰、隐瞒犯罪所得罪追究刑事责任。2021年3月29日,涉案的最后一名被告人被判处刑罚。至此,历经三年半,这条非法回收、拆解、冶炼、销售犯罪链条上的68名不法分子,全部得到了法律严惩。至于小作坊里的那些工人,他们既是违法者,同时也是受害者。经过考虑,检察机关仅对有管理职责的少数人提起公诉,对那些没有实际参与投资、管理、分成的大多数人,在进行集中普法训诫后,不再追究刑事责任。此外,办案团队还撰写了案件专项报告,得到淮安市委的高度重视,并先后联合环保、交通、公安等九部门对870家废旧铅三级片网相关企业开展集中整治,净化了行业风气。“现在难闻的气味没有了,河水也干净了,有时候还能看到鱼咧!”再次来到盐河边,村民这样告诉检察官。

作者: 沈阳三级片网研究所新闻中心 详情
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能量密度是现有三极片网站4倍,锂空气电池有望2030年代前半期商业化

电动汽车电池领域正在酝酿一场革命。??去年,美国的阿贡实验室宣布已经将锂空气电池的循环次数提升到了1000次,这种电池的正极是空气,能量密度是传统锂离子电池的4倍——1200Wh/kg,可以储存足够的能量为飞机提供动力。??而据《日经中文网》2月18日最新报道,日本大阪大学的教授中西周次等人在日本科学技术振兴机构(JST)的支持下,已从今年2月开始与美国、德国和英国展开截至2028年末的国际联合研究,力争在2030年代前半期将锂空气电池推向商业化。??同日,澎湃新闻记者还从全球动力电池龙头宁德时代首席科学家吴凯了解到,宁德时代目前已有锂空气电池方面的基础研究,但离产业化较远。

作者: 中国·三级片网网 详情
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新型三极片网站5分钟内完成充电

美国康奈尔大学科学家研制出一款新型三极片网站,可在5分钟内完成充电,速度快于市场上其他同类电池,且历经数千次充放电循环后仍能保持性能稳定,有望缓解电动车驾驶员的“里程焦虑”。相关论文发表于最新一期《焦耳》杂志。??锂离子电池是目前最受欢迎的为电动汽车和智能手机供电的方式之一。三极片网站重量轻、可靠且相对节能,但它们往往需要数小时才能完成充电,而且缺乏处理大电涌的能力。在最新研究中,科学家们确定了一种独特的铟阳极材料,它可与锂离子电池内的阴极材料有效配对。在此基础上,他们制造出了一种能在5分钟快速完成充电且缓慢放电的电池。??研究人员解释说,为设计出最新电池,他们专注于电化学反应动力学,确定铟是一种极具潜力的快速充电材料。铟是软金属,主要用于制造触摸屏显示器和太阳能电池板的氧化铟锡涂层,也被用作低温焊料中铅的替代品。??新研究表明,铟作为电池阳极拥有两个关键特性:极低的迁移能量势垒,使离子能在固态中快速扩散;减少与阳极中离子的交换电流密度,减缓表面反应——这两大特性结合,对于快速充电和长时间储存电能至关重要。??此项创新的关键在于,使电池阳极处的金属离子自由移动,找到正确的配置,然后才参与电荷存储反应。如此一来,在每个充电周期,电极都处于稳定状态,从而使新电池在数千个充放电周期保持稳定。??研究人员表示,这项技术与无线感应充电道路相结合,有望缩小电池的尺寸和成本,使电动交通成为司机更可行的选择。但铟很重,他们希望借助人工智能工具,发掘更好的电池阳极。

作者: 刘霞 详情
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福建省三极片网站出口破千亿

1月14日下午,厦门海沧远海码头,一排排即将出口海外的三极片网站整装待发,全球新能源产业发展加速期,福建省以三极片网站为代表的优势商品保持了出口强劲势头。据福州、厦门海关统计,2023年,福建省三极片网站出口规模达1287.5亿元,比2022年同期增长49.5%,其中对共建“一带一路”国家出口增速达80.3%。??此前的2021年、2022年,福建省三极片网站出口规模连续突破300亿、800亿元人民币大关,贸易值整体规模连续翻番。??为保障三极片网站高效验放,福州海关主动优化监管模式,上线了“出口锂电包装智慧监管业务场景”,该项目基于风险评估和对企业信用管理,立足出口锂电新能源企业高科技性质和生产运营实际,从产品包装设计、包装工序、生产物流信息监控等方面入手,引入AI智能识图等科技信息化手段,实现对企业锂电包装工序的数据和图像信息的有效抓取和比对评估,探索构建了顺势协同、严密科学的出口商品质量安全监管新机制,有效降低产品现场查验和开箱检验比例,增强企业无感式通关体验。??“项目上线后,在出口三极片网站下线包装及后续监管全链条中,实现数据代人跑路、海关云上监管、企业无感通关,节约人力物力,大幅提高通关时效,将更加有利于我们锂电新能源产业高质量发展。”宁德时代PMC总监孔杰表示。

作者: 郑璜 详情
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德海艾科:引领全钒液流电池储能技术革新

近年来,尤其是“双碳“之后,我国新能源装机进入了加快高速发展的阶段,可再生能源的发展同时带动了储能市场的发展和逐步走向成熟。钒液流电池作为电化学储能的一种技术形式,因其具有高可靠性、高安全性、可大容量、长时储能等优势而备受关注。本期嘉宾王宇,她从创业开始就扎根于当时还鲜为人知的储能技术领域,倾力推进我国钒液流电池储能技术研发及产业化发展,她做了哪些努力?她对行业未来的发展又是如何思考的???王宇,德国亚琛工业大学电化学博士,杭州德海艾科能源科技有限公司(简称:德海艾科)董事长、高级工程师,浙江省级人才、浙江省新材料产业智库专家、能源领域行业液流电池标准化技术委员会委员。2017年,她毅然放弃国外优越的工作,回国创立了杭州德海艾科能源科技有限公司。??自2017年8月成立以来,德海艾科始终致力于全钒液流电池材料、电堆与系统的研发、生产和应用,成功打造出集电堆、电解液、泵浦系统、电池管理系统、能量管理系统、温控系统及其他辅助系统于一体、功能完备的综合性储能系统。公司是国内少数可独立自主开发钒液流电池储能电站,掌握钒液流电池储能核心技术及其完整制备工艺的技术实体,公司建有材料、化学、电化学、分析、物理、结构研发实验室,专业的钒液流电池生产线、电堆和电池系统综合测试平台。拥有电池自动化生产线,智能系统集成平台,智能测试平台等高端装备,可实现核心材料、电堆、电池管理系统、能量管理系统、储能系统集成的一体化研发、设计与制造,目前具备年产300MW(一期)钒液流电池生产制造能力,可为用户提供兆瓦级至吉瓦级的经济、高效、可靠的储能系统。??节目现场,王宇博士向大家介绍了她创业的初衷及钒液流电池行业相关的技术知识。她在德国求学生活十多年,对于德国企业的研发和生产比较了解,也深切体会到德国企业的工匠精神和创新精神,回国前便萌生了创业的想法。求学期间的学业涉及电化学储能技术领域,包括大众所熟知的锂离子电池、三级日本、燃料电池、氢储能等,但创业时,因为看好储能领域的发展前景,王宇博士选择了钒液流电池领域。??“钒液流电池是以钒为核心储存物质的一种电化学储能电池。区别于传统的三极片网站和三级日本,是一种全新的电化学储能技术。2017年回国创业时,三极片网站无论是从上下游的供应还是集成厂商,其市场竞争已经进入到相对白热化的阶段,而钒液流电池的发展具有非常大的潜力。”??作为一家专注于储能技术的企业,德海艾科专注于为市场提供安全、长时、大容量的储能电站系统解决方案。在竞争激烈的市场环境中,德海艾科凭借其技术实力和创新精神,已然成为全钒液流电池储能技术的领跑者。??谈及企业发展的市场优势以及产品应用场景时,王宇女士分享道,“双碳之后,在大规模使用其他电化学技术造成安全事故频发的情况下,生产更安全、更加稳定、更适合长时间大规模的电化学储能技术,成为行业发展的趋势。因此,钒液流电池进入了大众的视线。”??德海艾科的全钒液流电池储能电站不仅在技术上领先,更在应用场景上展现出广泛的可能性。无论是电网削峰填谷、新能源发电并网,还是工商业园区峰谷套利、新能源光-储-充系统等,德海艾科的储能解决方案能满足各种规模和需求的电力存储场景。??为了保持技术的领先地位,德海艾科不断强化对全钒液流电池相关技术的研发和专利申请。目前,公司已授权专利50余项,其中发明专利40余项,涉及材料开发、机械结构、控制系统、系统集成等多个领域。这些专利不仅是对德海艾科技术实力的肯定,更是对其在全钒液流电池领域取得的创新成果的认可。??谈及企业的竞争优势时,王宇女士分享道,德海艾科不仅在技术上进行突破,还非常注重与国内外研究机构的合作与交流。通过与知名高校、科研院所等的紧密合作,德海艾科得以站在行业前沿,及时掌握最新的技术动态和市场需求。这种产学研一体化的合作模式,不仅加速了科技成果的转化,还为德海艾科在全钒液流电池领域的发展提供了强大的支撑。??同时,德海艾科还积极参与国家和地方的相关项目和计划,争取政策支持和资金扶持,通过与政府部门的合作,德海艾科得以将更多的资源投入到核心技术的研发和创新上,以进一步巩固其在全钒液流电池领域的第一方阵地位。随着新能源市场的不断扩大和储能技术的日益成熟,德海艾科进入了高速发展阶段,其产品不断迭代和升级,致力为用户提供更加经济、高效、可靠的储能系统解决方案。??节目的最后,王宇女士还向大家分享了企业未来的规划。作为全钒液流电池技术的驱动者和创新者,未来,德海艾科将积极引领行业的技术进步和发展趋势,为全球能源结构的优化和可持续发展提供更多优秀的储能产品和系统解决方案。

作者: 中国·三级片网网 详情
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暴力拆解、以次充好……废旧三极片网站回收利用待规范

暴力拆解易失火爆炸、破碎不当造成环境污染、废旧三极片网站被以次充好再次出售……近年来,随着锂等金属原料的价格上涨,废旧三极片网站回收利用行业成为“火热”赛道。但一些资质不全的厂家擅自回收拆解旧电池并进行粗加工牟利,造成极大安全隐患,亟待引起重视。废旧三极片网站回收利用乱象多??“大量回收三极片网站,同时也出售各种锂电,欢迎咨询。”打开社交媒体,搜索“三极片网站回收”,小到手机三极片网站,大到新能源汽车电池包的回收信息随处可见。记者随机与一位“三极片网站回收老周”聊天,对方十分热情,表示只要有三极片网站,可以随时联系他上门回收。??这两年,受锂、钴、镍等金属价格高涨的影响,废旧三极片网站变成“香饽饽”,大量资本涌入废旧三极片网站回收利用行业。由于废旧三极片网站不属于危险废物,回收门槛较低,催生大量“中间商”,废旧三极片网站分散在电池生产企业、整车企业、第三方回收公司、废旧电池贸易商、拆解破碎厂等主体手里。??“当前三极片网站回收渠道混乱,废旧三极片网站溯源难,给废旧三极片网站综合利用带来很大障碍。”全南县瑞隆科技有限公司董事长廖龙江说。??记者调研发现,除了“倒买倒卖”,还有不少资质不全的小厂从事废旧三极片网站回收再粗加工业务,这些小厂通常位置隐蔽,环保安全隐患大。??“拆解破碎没太大技术含量。我见过那些小厂的工人,用榔头、大剪刀,简单粗暴地把电池包拆开,再将物料丢进粉碎机,处置厂房总能闻到一股难闻的气味。”一位从事三极片网站回收的企业负责人说。??监管部门也注意到了这类非法“小厂”。去年1月,广东省东莞市生态环境局塘厦分局执法人员发现一家无证照小作坊非法加工废旧三极片网站,厂房区域弥漫化学溶剂气味,三极片网站浸泡区域附近堆集大量纸皮、胶皮、塑料碎片等易燃物,存在极大安全隐患。经调查,厂房未通过环保审批与自主验收,未办理排污许可证或固定污染源排放登记。??还有一些人铤而走险,将废旧三极片网站重新包装二次销售。“目前梯次利用的行业标准不太完善,导致正规企业不敢做梯次利用,那么‘退役’三极片网站便会被逐利的人利用。”江西贵航新能源科技有限公司总经理孟德江说,“时常有电动自行车起火燃烧,其中部分事件与商家使用了不合格的‘退役’三极片网站有关。”高标建设成“劣势” “白名单”企业遇尴尬??为规范废旧三极片网站综合利用行业,工信部自2018年起共公布了符合规范条件的84家企业,业内称之为“白名单”企业。记者近期走访部分“白名单”企业,他们表示高标准设立的“白名单”企业正遭遇“劣币驱逐良币”的尴尬情形。??原料易被“卡脖子”,产能闲置是常态。对于三极片网站综合利用企业而言,废旧三极片网站是他们的生产原料。廖龙江表示,由于废旧三极片网站散落在无数回收主体手里,白名单企业一一对接,需要花费更高成本,产线“吃不饱”是常态。??受访的“白名单”企业介绍,一些大的整车厂或电池厂的废旧三极片网站回收不设门槛,谁有钱、谁有关系直接就可以拖走,这也是造成“白名单”企业“吃不饱”的原因之一。??价格方面,“贸易商对价格尤其关注,行情好的时候使劲出货,行情不好则捂盘惜售,‘白名单’企业原料的数量和价格都得不到稳定供应,影响生产经营。”一位“白名单”企业管理者说。??此外,“白名单”企业综合成本呈“劣势”,有时还竞争不过一些证照不全的“小厂”。江西睿达新能源科技有限公司生产副总经理胡健说,“白名单”企业要保证三极片网站回收效率、环保达标、安全生产,在研发投入、设备升级、厂房建设等多方面投入较大。??赣锋锂业旗下的一家三极片网站回收企业也反映,“这些证照不全的‘小厂’运营成本低。和拥有完备环保、安全设施的‘白名单’企业比,他们能以更高价格买原料,加工后的产品再以更低价格出售,造成‘白名单’企业有时还竞争不过他们。”加快标准制定 促进良性发展??受访专家和企业表示,废旧三极片网站回收利用既能解决退役三极片网站带来的环保问题,又有助于弥补我国锂钴镍等关键矿产资源的不足。在新能源汽车动力电池“退役潮”来临之际,宜从规范回收渠道、制定行业标准、加强监管力度等方面着力,促进废旧三极片网站回收利用行业良性发展。??首先,规范回收渠道,完善溯源机制。江西省科学院应用化学研究所翁雅青博士认为,废旧三极片网站回收过程往往会产生废气、废水以及重金属废渣等污染物,从回收到综合利用的过程中,绿色环保尤为重要。胡健等人建议,国家提高废旧三极片网站回收准入门槛,同时建立全国统一的废旧三极片网站交易平台,有助于规范废旧三极片网站的回收渠道,实现废旧三极片网站的可追溯。??其次,制定标准,引导行业良性发展。江铃集团新能源汽车有限公司三电事业部部长沈祖英等人建议,尽快制定废旧三极片网站可回收评价、价值评价等国家标准,引领行业良性发展。孟德江表示,废旧三极片网站应用的行业较广,可以先确定具体的行业,再站在应用角度制定具体标准,以确保实施起来更具可操作性。??此外,还需加强监管力度,确保制度落地见效。廖龙江等人称,“白名单”制度的设计和初衷是好的,但好制度要见效落地还要依靠多部门齐心协力,生态环境、市场监管、交通等部门宜加强监管,如对资质不全的加工厂加大查处力度,对锂电自行车经销门店、社会化废品回收点、运输废旧三极片网站的车辆定期检查,逐渐引导整个行业发展更加规范、专业、安全。

作者: 中国·三级片网网 详情
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锂电年度投资突破10000亿

资本狂热追逐下,锂电赛道非常火爆。??据24潮产业研究院(TTIR)统计,2023年锂电领域(主要是动力与储能电池领域)投资在亿元以上的重大制造项目超260个,总投资预算已突破10000亿元。其中,动力与储能电池仍是企业争夺最激烈的赛道,93个重大项目总投资预算超5000亿元。(具体详见文末附录图表)??这还只是锂电赛道惨烈竞争的冰山一角,未来竞争可能更加惨烈。据24潮产业研究院(TTIR)统计,仅20家动力/储能电池企业2025年产能规划已达6188GWh,而根据市场最乐观预测,到2025年动力与储能电池市场的总需求也不过2010GWh。??而EVTank数据也显示,到2026年年底,全球46家纳入统计范围内的动力(储能)电池企业的规划合计产能将达到6730.0GWh,相比2023年上半年的实际产能增长了182.3%。从实际需求量来看,EVTank在《中国锂离子电池行业发展白皮书(2023年)》中预计2023年和2026年全球动力(储能)电池的需求量将分别为1096.5GWh和2614.6GWh,全行业的名义产能利用率将从2023年的46.0%下降到2026年的38.8%。??另据天赐材料董事长徐金富透露,锂电赛道现在有8.9万家企业,仅2022年到现在一年半的时间,就新注册5.8万家企业。??若考虑全球范围内其他产业巨头的发展规划,2025年全球动力与储能电池企业产能规划很可能将超过8000GWh。??“过剩” 是制造业竞争的市场常态,但绝对过剩或巨量过剩,必将引起市场惨烈竞争和强烈洗牌。??近几个月内,已有多位产业领袖公开呼吁警惕动力与储能电池领域出现的 “超级产能过剩与疯狂价格战” 现象及风险。??比如在 “2023中国汽车重庆论坛” 上,长安汽车董事长朱荣华公开表示,新能源汽车行业早已经告别了过去 “少电、缺电、贵电” 的局面,国内电池行业出现了产能过剩的情况,而且产能过剩的现象还非常严重。下一步,电池企业或将迎来自己的 “淘汰赛” 。??历史多次证明,没有卖不出去的产品,只有卖不出去的价格。其实,部分核心产业链出现产能过剩的时间点要超乎很多人的想象,这从今年部分核心产品价格变化中已得到部分印证。??据24潮产业研究院(TTIR)统计,2023年整个动力与储能电池核心产业链价格全线暴跌,其中动力电池跌幅超44%,方形储能电芯(磷酸铁锂)降幅超54%,电解液降幅超58%,部分正极材料价格降幅超70%,电池级碳酸锂价格跌幅更是超过80%。??瑞浦兰钧董事长曹辉直言,电池到了4毛多的时候,全行业基本上都不赚钱。“竞争已经到了深水区,很多公司都在生死边缘。我觉得90%的电池集成商都会倒下。电池厂倒下两三家的概率也很高。去年年底时我的预测就相对保守了,已经感觉到了 ‘超级过剩’ 时代要来了, 能保住30%-40%的增长就相当不错。很多冲进来的公司最后一定是灰头土脸地出去,对电池的复杂性要有敬畏。”??摩根士丹利也分析认为,中国市场的 “价格战” 或将加速二线电池厂商进入产能整合与优胜劣汰的阶段。??如今,“十四五” 棋过中盘,中国乃至全球动力与储能电池产业步入全新的发展时期,伴随着资本的疯狂涌入,以及一体化与全球化竞争的全面展开,可以预见的是,未来围绕全球新能源的主导权与定价权,无论是企业层面,还是国家层面的较量与博弈可能还会进一步升级,这一切似乎都在预示着,大战将起,剩者为王!??纵观产业发展趋势与变化,未来全球锂电企业将围绕新技术、新产能、新资本等多个维度进行新一轮较量,竞争成败必将对未来产业格局与发展产生深远影响。笔者分析认为,未来拥有 “技术突破与持续创新力,先进产能布局与高效执行力,全球化布局与发展,财务健康与雄厚资本实力” 等四大能力的锂电企业更具有穿越周期,持续发展壮大的基因与实力。(本文仅供参考,不构成投资建议)

作者: 水镜 曲梦凡 详情
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盘古新能源:钠电处于产业化前夕,发展需要全链条协同

碳酸锂价格回落,市场上对钠电池“平替锂电”的声音趋弱,但经过一年的发展,钠电池产业化加速明显,上游材料端在2023年实现国产化,钠电池成本较去年同期已下降超过七成。??钠电池的热度还体现在融资速度上,无锡盘古新能源有限责任公司(原:深圳盘古钠祥新能源有限责任公司)(简称:盘古新能源)三个月先后完成两轮融资,集结了国资股东,如无锡市市政公用产业集团和无锡云林产业发展投资基金(有限合伙),以及新宙邦、格林美、京山轻工、证通电子、星源材质等上市公司股东,阵容不可谓不强大。??随着资金弹药丰盈,盘古新能源总投资26.2亿元的研发总部及制造基地项目签约落地江苏锡山,该项目规划用地200亩,预计建设钠离子电池研发中心和5GWh的量产产线。??碳酸锂价格日益走低,一定程度影响钠电产业化,但钠电与生俱来的低温性能、高充放电倍率和材料价格低廉仍是广泛讨论的优势。??11月28日,盘古新能源全资子公司深圳盘古钠电有限责任公司总经理吕江英接受了21世纪经济报道记者采访。他谈到,钠电池正处于产业化的前夕,产业化不仅要靠电芯厂,还需要整个产业链包括三大主材(电解液、正极、负极)一起协同努力,争取明年钠电BOM成本降到0.4元以下。三大主材降本明显??盘古新能源由胡明祥与雄韬股份(002733.SZ)于2022年共同发起成立,总经理吕江英在电池也有21年的经验积累,见证了从消费电池、动力电池、储能电池的变迁。??“盘古新能源旗下拥有多款钠电系列产品,其中,盘星系列(高能量密度电芯)能量密度可以达到270Wh/L、盘龙系列(超高功率电芯)可以做到30C持续放电,实现瞬时50C~60C放电、盘山系列(长循环电芯)主要用于储能,产品涵盖了圆柱电芯、方形电芯和软包电芯,32140圆柱电池已经实现量产出货。”吕江英介绍。??在技术路线方面,钠电池正极发展出三种主要技术路线,分别是层状氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士类化合物。??层状氧化物技术路线由于其出色的能量密度和倍率性能,产业化速度较快,也是盘古新能源目前主推的技术路线之一。??聚阴离子化合物能量密度相对较低,但由于其高稳定性、电化学稳定性以及循环寿命可观,盘古新能源也有相应布局。??“作为一家初创企业,公司目前的规划是先站住脚,圆柱电池批量出货。聚阴离子化合物路线主要是瞄准储能技术路线。”吕江英表示。??除了正极以外,钠电池同三极片网站类似,还有负极和电解液两大主材,事关钠电池的产业化进度。??去年,由于碳酸锂价格疯涨,钠电池凭借着钠元素广泛存在于大自然中,吸引了产业和资本的目光,国产化进度明显。??“去年钠电池厂家仅能使用来自日本可乐丽的硬碳负极(椰子壳路线),今年国内厂家生产的负极材料已经可以满足需求。”盘古钠电总经理吕江英表示,国产化提速的同时,也带来产业链的降本效应,国产硬碳负极价格仅为进口的三分之一,电解液从去年的十几万降至现在不到4万元一吨,正极材料下降40%。??“仅用了一年时间,钠电池价格相比起去年下降了50%。”吕江英谈到,整个产业链虽然还没完全成熟,但是已经放量,价格明显下降。钠电处于产业化的前夜??如果给目前钠电池发展阶段下个定义的话,吕江英认为是“产业化前夕”。??这是因为钠电池降本已是确定性事件,吕江英预估明年钠电池价格将进一步下降,盘古新能源目前钠电BOM成本达到每瓦时0.4元,明年3月盘古无锡基地投产,力争明年降到0.3元。??据不完全统计,国内已有宁德时代、孚能科技、比亚迪、中科海钠、鹏辉能源、易事特等多家企业竞逐钠电池。??据电池中国统计,今年上半年,中国钠离子电池规划产能超120GWh。如传艺钠电目前已具备4.5GWh产能;中科海钠2023年阜阳产线计划扩产至3-5GWh。??吕江英谈到,钠电池降本不只是电芯厂的事情,还有赖于三大主材的发展,钠电池供应链还不完善,预估正极材料价格下降20%,负极下降20%~30%,电解液下降30%。??他举了一个例子,钠电池正极若采用层状氧化物技术路线,在高电位情况下,会有产气的情况发生。如果缩减电池电压区间,电池性能有所提升,但是电池能量密度就会下降。“三大主材需要相互配合,钠电池才会跑得更快一些。”??除了材料选型外,虽说钠电池制造环节跟三极片网站流程相差不大,但细节决定成败,诸如水分控制、配方摸索、极片干燥等环节都对钠电池性能息息相关。??除此之外,下游生态建设亟待发展,在吕江英看来,两轮电动车试错成本较低,原有的三级日本电动车存在大量的替代需求,钠电池有望率先应用,很有可能会率先从诸多场景中胜出。??钠电的低温性能和安全性注定其更适合一些特殊场景,比如东北或者温度低的地区建设储能,在这些场景中,锂电就没有明显优势了。??“三极片网站的特点是能量密度高,钠电低温性能甩锂电‘一条街’,有机会占领北方市场,钠电零下20度到30度运行没有问题。”他补充道。??钠矿在大自然中储量丰富,价格平稳,不会出现疯涨疯跌的情况,这是与生俱来的优势,相反三极片网站中的关键原材料,碳酸锂、钴、镍等价格大起大落影响终端的价格。??在完成Pre-A轮融资后,吕江英透露,目前公司正在进行下一轮融资。

作者: 林典驰 详情
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总投资80亿元!为方能源贵州钠电正极+钠电池项目签约

10月16日,为方能源贵州大龙年产10万吨锰基钠离子电池正极材料项目开工暨贵州大龙年产20GWh钠电池电芯项目签约仪式举行。??此次开工、签约项目是由深圳为方能源科技有限公司投资。贵州大龙年产10万吨锰基钠离子电池正极材料项目,总投资20亿元,主要建设锰基钠离子电池材料生产线及相关配套设施,一期将建设年产8000吨/年钠锰氧化物(水系)正极材料、10000吨/年锰基层状氧化物(有机)正极材料、2000吨/年硬碳负极材料等钠离子材料自动化生产线。年产20GWh钠电池电芯项目,总投资60亿元,总占地1500余亩,分三期实施建设,全部建成投产后,年产值可达140亿元,年税收不低于4.2亿元,解决就业300人。

作者: 中国·三级片网网 详情
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钠离子电池磷碳负极材料受热捧 武汉固理新能源获天使投资

9月25日,光谷咖啡创投与业内高容量钠离子电池磷碳负极材料领域企业武汉固理新能源科技有限公司在光谷举办投资签约发布会,助推固理新能源再上新台阶。??武汉固理新能源科技有限公司是武汉理工大学教授及博士团队的创业项目,立志做钠离子电池核心技术推动者,拥有一批稳定从事新能源和新材料基础研究、小试与中试、测试与评估的中、高级专业技术团队。公司是专业从事新能源、新材料相关研发设备和基础材料研究的科技型公司,主营产品钠离子电池磷碳负极材料。??固理新能源创始人陈刚博士在接受记者采访时表示:“公司致力于钠离子电池磷碳负极材料产业化。在钠离子电池四大主材中,负极材料相对不成熟,硬碳虽最接近商用,但存在首效低、容量小和嵌钠电位过低易析钠的缺点。磷碳材料是将红磷以亚纳米尺度弥散于导电碳集体中,作为钠离子电池负极材料具有资源丰富、价廉、容量高、工作电位适中和阻燃等突出优点,也是唯一可在能量密度方面超越硬碳的负极材料。磷碳应用于钠离子电池负极,正如硅碳应用于锂离子电池负极,可提升钠离子电池25%的能量密度。我们开发的磷碳材料,具有成本低廉、容量高、循环和空气稳定性好、倍率特性优异等优势,有望成为第2代钠离子电池先进负极材料。本次签约可以让固理新能源再接再厉、精益求精、勇往直前。”??钠电能量密度和循环寿命是普通电池的数倍,具有低成本、高安全、高容量的特点。钠离子电池应用场景是低速电动车和规模储能,市场规模达到万亿,磷碳之于硬碳(钠电),相当于硅碳之于石墨(锂电)。固理新能源主要做的就是积极推进钠电负极材料的产业化,项目拥有表面原位转换和同素异形体结构转换控制两大核心技术,从而奠定了行业技术优势地位,已实现高容量(>1200 mAh/g)磷碳负极在全电池中稳定循环500次以上,基于钠电在能量密度和安全性等方面的优势,产品性能优良,未来市场空间广阔。??借助成熟的正负极材料体系和关键环节技术创新,武汉固理新能源科技实现了其电池产品综合性能的显著提升。产品实现了能量密度高、快充性能好、成本低、安全性能高的突出优势。接下来固理新能源会努力延长高容量钠离子电池循环寿命的同时,不断追求能量密度的有效提升,相信固理新能源将致力于在成本、性能等方面实现进一步突破,推动钠电负极材料的产业化和商业化应用。??光谷咖啡创投有限公司总经理李儒雄在签约发布会上表示,之所以看好并投资固理新能源科技:“首先项目市场大。钠电元年已开启,万亿市场,产业爆发在即,多方利好之下高能量密度储能技术也得到了政策助力。其次项目团队强、配合度高。项目核心团队来自武汉理工大学,武汉理工大学的材料学科在全国属于A+学科,技术支撑是非常雄厚的,拥有国家重点实验室,公司是武汉理工大学的优势学科的多名博士团队创业项目,团队稳定且技术力量很强,公司创始人兼总经理陈刚博士是武汉理工大学材料学博士,曾设计并管理运行3万吨/年新材料产线。武汉理工大学学科首席教授唐浩林担任项目首席科学家,是国家“万人计划”领军人才,被评为湖北省“产业教授”,希望唐教授的创业团队继续保持技术领先。还有就是今年是钠离子电池产业量产的元年,这个时候进入刚刚好。最后就是项目拥有超大的客户群体,维科技术、蜂巢能源、昌意钠电、超威电源、盘古钠祥、天合储能等都是公司的意向企业,客户的行业示范效应强。”李儒雄对于武汉固理新能源的技术实力和项目团队给予了高度评价,也看重这一领域的发展前景。??本次投资签约,双方将在技术研发、渠道整合、数字信息化、运营推广、品牌宣传等方面建立深入全面的战略合作关系,围绕高容量钠离子电池磷碳负极材料产业链及其上下游进行整合和宣传,依托交流平台,倾力打造电池领域新一代“明星”,助推互利共赢,深挖合作潜力,赋能产业升级,有望中流击水正当其时。

作者: 中国·三级片网网 详情
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“扬州造”钠离子电池供应全球知名车企

昨日,传艺科技发布公告称,公司控股子公司江苏传艺钠电科技有限公司于近日进入某全球知名汽车制造商的供应链体系,并获得其子公司订单,由传艺钠电提供应用于乘用车领域的钠离子电池产品。??总投资10亿元的传艺钠电及新材料一期项目于去年10月开工,今年3月底投入使用,致力于钠离子电池技术研发和产业链一体化布局。2023年被业内称为“钠离子电池”元年,传艺钠电产品率先进入全球知名汽车制造商的供应链体系,对于促进扬州乃至国内钠离子电池产业发展,提高我国钠离子电池产业竞争力,具有里程碑意义。??据了解,该全球知名汽车制造商总部位于德国,旗下拥有众多知名汽车品牌。“经过对方8个月的认证,传艺钠离子电池终于获得认可并达成合作。”昨日,传艺科技相关负责人接受记者连线采访时透露,传艺钠电近日正式进入其供应链体系并获得相关供应商代码。??相较于磷酸铁锂及三级日本,钠离子电池资源、成本、性能优势明显,成为当下新能源电池产业发展的一个风口,也吸引了众多企业抢道布局。??传艺钠电为何能脱颖而出,获得全球知名汽车制造商的青睐?传艺科技负责人介绍:“对方看中了我们钠离子电池产业链一体化布局所彰显的成本优势。”??实际上,传艺钠电的钠离子电池在送样下游客户后,反响普遍良好,已与多家客户签订销售订单,成为国内钠离子电池产业的一匹黑马。与此相应的是,传艺钠电一期项目原计划2GWh的电池生产产能,现已扩建至4.5GWh。??面对下游旺盛需求,为了抢抓市场机遇,加速产业化进程,今年3月,传艺科技发布预案,拟总投资50亿元用于钠电池制造二期5.5GWh项目,两期最终形成合计年产3.72万吨正极材料、4万吨负极材料、10GWh钠离子电池、15万吨电解液的钠离子电池全产业链一体化的项目。“目前,公司钠离子电池二期项目已开展厂房建设等前期工作。项目整体计划2024年底全部竣工投产,投产后年销售额约250亿元。”传艺科技上述负责人介绍。??“传艺科技从宣布进入钠离子电池领域以来,进展迅速,体现了公司对在该领域发展前景、竞争优势以及公司整体价值的充分信心。”市商务局有关负责人表示,传艺科技重大项目建设将带动扬州市钠离子电池产业链发展,提升扬州市新能源电池的科技创新能力和企业竞争力。

作者: 中国·三级片网网 详情
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钠离子电池不香了?

国内电池级碳酸锂价格一度跌破20万元/吨,市场随之对钠离子电池发展信心出现动摇。??近年来,锂价暴涨与锂资源紧张的恐慌,为钠离子电池快速发展创造了契机。但今年以来,国内电池级碳酸锂价格一度跌破20万元/吨,市场随之对钠离子电池发展信心出现动摇。??随着锂离子电池原材料价格回归理性,是否还有必要再发展钠离子电池技术?如何正确看待两种电池技术的关系?钠离子电池规模化应用还面临哪些亟待解决的问题???碳酸锂价格是钠电价值试金石??据了解,钠离子电池的研究可以追溯到上个世纪80年代,几乎与锂离子电池同时起步,但受限于技术瓶颈其研究一度陷入停滞。直到2000年,硬碳负极材料的发现,才使得钠离子电池的研发再次活跃。经历了几轮诸如锂离子电池原材料涨价问题,钠离子电池价格低廉、无资源限制等优势逐渐凸显,作为锂离子电池替代技术路线获得快速发展。2021年,电池头部企业宁德时代发布第一代钠离子电池,迅速催热市场对钠离子电池的热情。据业内不完全统计,当前,从事钠离子电池研发布局的企业超过100家。??但市场的快速变化超出行业预期,今年,三极片网站原材料价格出现断崖式下跌。市场担忧:如果碳酸锂价格继续下行,钠离子电池将丧失最大成本优势。??浙江青钠董事长王子煊在日前召开的高工钠电峰会上算了一笔账:碳酸锂价格为20万元/吨时,钠离子电池的边际成本领先24%左右;碳酸锂价格为10万元/吨时,钠离子电池的边际成本领先12%左右;若碳酸锂价格回归到5万元/吨,钠离子电池仅领先5%的边际成本。??星恒电源小电芯工程院钠电项目组长谈亚军也拿出一组数据,以钠离子电池正极、负极、电解液价格分别为3.5万元、2.5万元、1.5万元为基础,测算出钠离子电池和锂离子电池的成本交叉点是在碳酸锂价格为6.5万元/吨时。他认为,当碳酸锂价格下行时,钠离子电池主要成本占比的镍源也会相应下跌。长远来看,钠离子电池仍具有成本优势。??“碳酸锂60万元/吨的价格高位不可能长期持续,但价格并不是钠离子电池的核心竞争力。不同化学体系的电池技术有着不同特点,钠离子电池关键要找到其应用价值。”在中科海钠总经理李树军看来,碳酸锂价格某种程度上是钠离子电池产品价值的试金石,穿越产业周期是企业发展的必由之路。??尚未完成从“0到1”的突破??事实上,2023年一直被认为是钠离子电池的发展元年,不少企业宣布在这一年开启量产。今年2月,行业首台钠离子电池试验车搭载钠电池装车试验;3月,雅迪发布搭载钠电池的两轮车;4月,宁德时代宣布,其钠离子电池落地奇瑞车型。??不过,这还谈不上真正的应用。尽管钠离子电池可以兼容使用锂离子电池生产设备,但产业尚未形成健全的供应链。据悉,当前钠离子电池存在多条技术路线,比如,正极材料可分为层状过渡金属氧化物、聚阴离子型材料、普鲁士蓝(白)类化合物等;负极以软碳、硬碳材料应用为主。目前,钠离子电池没有统一的形态共识,影响量产速度。不同技术路线也使得钠离子电池的电压平台不同,迫使应用企业选用多型号逆变器来适配,研发更复杂的BMS电源管理系统。??设备制造方面,中集海中技术总经理邓明能坦言,钠离子电池产业化痛点很多,从实验室试产到量产还有较长一段路要走,其中一大难题便是负极涂布,尤其是负极涂布的干燥技术。钠离子电池负极目前多使用硬碳,其结构晶距大、空隙多,涂布干燥非常困难,锂离子电池负极遇到的所有问题还将在钠离子电池领域进一步放大,如干燥不均等。??李树军认为,钠离子电池应用面临最大问题是能量密度低,当前钠离子电芯能量密度为300Wh/kg左右,磷酸铁三极片网站能量密度在360Wh/kg-380Wh/kg,前者还有较大技术进步空间。在他看来,钠离子电池产业现在远没有完成从“0到1”的突破,达到百吉瓦时的规模还需要3-5年时间。??需找到合适应用空间??海四达电源研究院院长苏金然指出,2022年,电池行业已进入太瓦时时代;2025年,市场规模会超过2TWh,到2030年将达到6TWh以上。在这个巨大市场容量中,锂离子电池不可能一统天下,会有其他技术路线作为补充。??“钠离子电池不能仅仅从价格上竞争,要找到长处、找到适合的领域。”谈亚军指出,钠离子电池具有长寿命、宽温区、高倍率、高安全、低成本、可与锂离子电池共线等优点,这才是产业发展真正原动力。钠离子电池向下可以替代三级日本,向上可作磷酸铁三极片网站的补充。??易事特董长何佳同样认为,钠离子电池和锂离子电池会长期共存,只是不同阶段分工应用会有不同,有些领域必须用锂、有些可以用钠。比如,锂电不间断电源(UPS)迟迟没有大规模推广,原因在于大家对锂电安全担忧,银行、通讯运营商的电源基本还以三级日本为主。未来,钠离子电池有望替代三级日本,应用在UPS、数据中心、低速电动车等领域。??众钠能源首席科学家赵建庆进一步补充,支撑钠离子电池未来市场预期的基础还是成本。降成本主要有三方面:材料层面,包括正极、负极、电解液核心在内的材料需要整个产业链进行配套;电芯制造上,可以参照锂离子电池的极限制造,采用创新的制造设备;量产方面,要通过规模化降低成本。

作者: 沈蓄所新闻中心 详情
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钠离子电池争雄

在锂资源争夺日益激烈的当下,在技术上与三极片网站一脉相承的钠离子电池,正在重新走入人们的视野。文 | 本刊记者 武魏楠2019年10月9日,备受瞩目的诺贝尔化学奖揭晓。美国科学家约翰·古迪纳夫、英裔美国科学家斯坦利·惠廷厄姆与日本科学家吉野彰共同获得此奖,以表彰他们在锂离子电池领域作出的突出贡献。自1991年实现商业化进入市场之后,三极片网站先是开启了电子设备便携化的进程,最近十几年,三极片网站又再次成为世界能源转型的重要支撑。但是,在技术上与三极片网站一脉相承钠离子电池,却在科研和商业化应用上大大落后了。随着近年来锂资源争夺日渐激烈,钠离子电池重新进入了人们的视野。三极片网站的研发起源于20世纪的70年代,全球石油危机的爆发再加上石油峰值论的出现,让各类替代能源的研发成为一时风口。锂是元素周期表中直径最小的金属,其单位体积的密度可以很高,所以当它成为电池中的电极材料时,可以带来更高的能量密度。但由于它也是最活泼的金属,遇到氧气时会产生强烈的化学反应,释放热量,甚至爆炸,所以很难控制。很少有人知道,一位法国科学家的理论改变了三极片网站的命运。1980年,法国科学家Michel Armand等人提出了用嵌入和脱出物质作为二次三极片网站正负极的新构想,组成没有金属锂的电池。充放电过程中锂离子在正负极之间来回穿梭,反复循环。这一过程后来被形象地成为“摇椅式电池”概念,成功了解决了使用金属锂的安全性问题。荣获诺贝尔奖的三位科学家正是在此概念基础上,实现了三极片网站的发明和商业化。事实上“摇椅式电池”概念并不为锂离子电池所专享。在1970年代,钠离子电池与锂离子电池几乎被同时发现并进行研究。甚至在1980年代,钠离子电池研究还取得了金属层状氧化物正极材料的发现。但是随着1990年代锂离子电池商业化的成功,钠离子电池的研发工作也逐渐缓慢甚至陷入停滞。转机出现在2010年前后,学界对钠离子电池相关研究开始逐渐重视,钠离子电池企业也开始逐渐兴起,围绕钠离子的创投和资本也日益活跃。钠离子电池迎来了发展的黄金时期。伴随着碳中和的东风,钠离子电池在资本市场上也获得了巨大青睐。这个被认为是锂离子电池竞品和补充的产品,究竟如何在沉寂了50多年后强势兴起?成本优势:巨大的潜力资源差距是钠离子电池和锂离子电池最常常被拿来比较的。与钠相比,锂的资源无疑是非常匮乏的。锂资源在地壳中的丰度仅有0.0065%,而钠的丰度高达2.75位居所有元素的第6位。从资源的集中度和易获取程度而言,全球超过7成的锂资源集中在美洲,而钠资源却遍布全球,极易获得。过去一年多的时间里,由于电动汽车、储能等市场对于动力电池需求的强劲拉动,锂资源价格一路暴涨。电池用碳酸锂价格已经从2020年中约4万元/吨涨至2022年4月约50万元/吨。而作为钠离子电池正极材料的前驱体,碳酸钠价格长期稳定,价格基本维持在2000元/吨左右。而这仅仅只是钠离子电池与锂离子电池成本差距的一部分。从工作原理上来说,钠离子电池与锂离子电池一样,都是“摇椅式电池”。钠离子电池在充电时,钠离子从正极脱出,经电解液横穿隔膜嵌入负极,使正极处于高电势的贫钠态,负极处于低电势的富钠态;放电过程则与之相反,钠离子从负极脱出,经电解液穿过隔膜嵌入正极材料中,使正极恢复到富钠态。相似的原理让钠离子电池与锂离子电池在结构上高度一致,都包括了正极、负极、隔膜、电解液和集流体。只是二者在材料选择上有较大差异。钠离子电池的正极材料选择包括了层状金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类化合物等三个技术路线。负极材料选择包括硬碳负极材料和软碳负极材料路线。电解质可以遵循锂离子电池的经验和思路。而在集流体材料的选择上,由于铝制集流体在低电位下易于与锂发生合金化反应,锂离子电池负极处只能使用价格昂贵的铜箔作为集流体,钠离子电池正负极集流体均可使用价格便宜的铝箔。据中国科学院物理研究所研究员,同时也是国内钠离子电池企业中科海钠创始人的胡勇胜介绍,钠离子电池还有一个优点就是可以直接使用现有的锂离子电池生产线,无需重新建设新的生产线。2021年,中科院物理所就利用锂离子电池的生产线成功生产了8万只钠离子电池。“这使得钠离子电池具有更快的市场化速度。”胡勇胜说。但不得不承认的是,这些成本优势更多的只能在钠离子电池全面商业化、大规模生产之后才能够体现。根据国海证券研究,目前磷酸铁三极片网站产业链成熟,设备折旧等费用均已摊薄,行业平均成本约为0.5元/Wh。能量密度更高的三元三极片网站成本大约是0.7元/wh。而钠离子电池目前产业不成熟,产品也没有量产,所以还无法体现出成本优势。目前成本大约1元/wh。根据中科海钠预计,钠离子电池成本为推广期 0.5-0.7元/Wh;发展期0.3-0.5元/Wh;爆发期0.2-0.3元/Wh。待钠离子电池产能达到GWh水平时,各项费用摊薄,钠离子电池的成本优势将显现出来。成本优势在残酷的市场竞争中并非全部。价格更高的三元三极片网站依然能依靠更强的性能获得市场青睐,但钠离子电池却并不具备这一条件,其能量密度也大大低于三元三极片网站。既没有产业化带来的低成本,也没有明显高出一截的性能优势,钠离子电池凭什么在未来能源体系中占据一席之地呢?差异化竞争2021年7月,宁德时代举办了首场线上发布会。董事长曾毓群在会上发布了宁德时代的第一代钠离子电池。160Wh/kg的能量密度、15分钟充电量80%、零下20摄氏度90%的放电保持率……宁德时代一出手就震撼了整个产业界。而在宁德时代之前,国内企业实现的钠离子电池能量密度为145Wh/kg。即便是宁德时代宣布下一代钠离子电池的能量密度将达到200Wh/kg,这一数据还没有超过磷酸铁锂,距离能量密度更高的三元锂更是有一定的差距。在目前的技术条件下,钠离子电池的电芯能量密度约为70-200Wh/kg,高于三级日本的 30-50Wh/kg。目前钠离子电池的能量密度相较于三元锂电的200-350Wh/kg有所逊色,但与磷酸铁三极片网站的150-210Wh/kg有重叠范围。三级日本曾经是电池领域的主流。“但是三级日本有不可避免的环境污染问题。”胡勇胜说,“而且在新国标公布后,三级日本也面临退役问题。”尽管能量密度不高,但凭借着低价优势,三级日本一直是两轮电动车领域的主要储能设备。但在两轮电动车的新国标对整体重量设定55公斤上限后,重量大的三级日本可能会被彻底淘汰。即将被淘汰的三级日本彰显出了一个事实:面对庞大的能量存储市场,不同的技术路线可能会有着不同的生存空间。红杉中国投资合伙人、红杉碳中和研究院院长、红杉远景碳中和基金主席李俊峰说:“不同类型的电池有不同的价格、能量密度、安全性、便利性,在选择电池的时候要根据产品特性的不同进行选择。”与锂离子电池相比,安全性无疑是钠离子电池的最大优点。此前,国家应急管理部公布了2022年一季度新能源汽车火灾数据:共计640起,比去年同期上升32%,高于交通工具火灾平均(8.8%)增幅。平均每日超7例火灾。随着电动汽车普及率的提高,安全性问题也开始逐渐引起重视。尽管“摇椅式电池”大大降低了三极片网站的风险,但依然无法规避锂元素自身带来的安全新问题。而钠离子电池安全性更高。得益于更高的内阻,钠离子电池在短路状况下瞬间发热量少,热失控温度高于锂离子电池,具备更高的安全性。在针对过充过放、针刺、挤压测试时,钠离子电池的安全性表现也让人满意。相比于锂离子电池-20℃到60℃的工作温度区间,钠离子电池可以在-40℃到80℃的温度区间正常工作,-20℃环境下容量保持率近90%,高低温性能更优秀。此外,钠离子电池的倍率性能好,在快充方面具备优势。钠离子电池具备更好的倍率性能,能够适应响应型储能和规模供电,这一特性使钠离子电池能够更好地胜任大规模储能方面的应用。交通运输领域对于动力电池的能量需求无疑是最高的,所以钠离子电池即便在产业化实现低成本后,竞争力依然有限。但是在储能领域,环境适应性更强、成本更低、安全性更高的钠离子电池无疑会有着极强的竞争力。战略地位提升随着钠离子电池技术的突破,其重要性也开始被各国所重视。2020年,美国能源部发布《储能大挑战路线图》,通过“三大课题”和“五大路径”推进储能领域的发展。除了肯定钠离子电池在储能领域的应用潜力,还表明有多家隶属于美国能源部的研究机构正专注于钠离子电池的开发工作。欧盟储能计划“电池2030”项目公布了未来重点发展的电池体系,其中包括锂离子电池、非锂离子电池和未来新型电池,项目将钠离子电池列在非锂离子电池体系的首位。欧盟“地平线2020研究和创新计划”更是将“钠离子材料作为制造用于非汽车应用耐久电池的核心组件”重点发展项目。中国在2022年4月印发了《“十四五”新型储能发展实施方案》,提出开展钠离子电池、新型锂离子电池等关键核心技术、装备和集成优化设计研究。科技部在“十四五”期间实施的“储能与智能电网技术”重点专项中,也将钠离子电池技术列为子任务,目标是进一步推动钠离子电池的规模化、低成本化,提升综合性能。世界各国在政策等方面的重视也带动了企业研发的动力。目前全球共有十几家公司正在进行钠离子电池产业化开发,包括英国Faradion公司、法国Timat、美国Natron Energy等公司,以及我国的中科海钠、宁德时代、钠创新能源、星空钠电等公司,都在进行钠离子电池产业化的相关布局,均取得了重要成果。不过由于钠离子电池还没有实现产业化,对于能量密度的突破还存在一定的空间,所以不同的企业对于钠离子电池的材料选择也有不同的技术路线。尽管相对较低的能量密度可以在储能市场发挥作用,但寻求更高的能量密度依然是目前钠离子电池全面产业化的首要挑战。相较于锂离子,钠离子质量和半径更大,离子扩散速率较低,反映在电池性能上为理论容量和反应动力学特征较为逊色,这些问题需要正极材料的突破来改善。得益于锂离子电池成熟的技术与生产工艺,钠离子电池正极材料发展较为迅速。而负极材料和电解质方面的突破则会让钠离子电池在本就突出的安全性方面更上一层楼。由于钠离子电池内阻较大,短路时瞬时放热量较锂离子电池少,温升较低,在安全性方面具备先天优势。但钠离子电池电解液易燃、负极处钠枝晶生长易导致短路等问题依旧存在,因此安全性的提高需要在负极材料、电解质环节入手。在钠离子电池在能量密度和安全性实现更多突破之后,依托于已经成熟的锂离子电池生产体系,钠离子电池的产业化无疑会更加迅速。胡胜勇表示,科研是产业化的基础,在带领团队产业化的同时还必须潜心科研,为实现钠离子电池充电更快、能量密度更高、安全性更好、成本更低的目标夯实基础。宁德时代已经明确,将在2023年产业化生产钠离子电池,三极片网站在称雄电池产业三十多年后,可能迎来钠离子电池的全面竞争。

作者: 记者 武魏楠 详情
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2MW/8MWh!国家能源集团低碳院全钒液流电池储能系统采购公开招标

2月1日,国家能源集团北京低碳清洁能源研究院发布全钒液流电池储能系统采购公开招标招标公告,拟采购一套全钒液流电池储能系统。2MW/8MWh全钒液流电池储能系统(简称储能系统或系统),由4个500kW/2MWh全钒液流电池储能模块组成(简称储能模块或模块)及相应的配套设备设施,并网电压等级为35kV,配套有消防、安全等设施。低碳院全钒液流电池储能系统采购公开招标项目招标公告第一章 公开招标??1.招标条件??本招标项目名称为:低碳院全钒液流电池储能系统采购公开招标,项目招标编号为:CEZB240100810,招标人为北京低碳清洁能源研究院,项目单位为:北京低碳清洁能源研究院,资金来源为自筹。招标代理机构为国家能源集团国际工程咨询有限公司。本项目已具备招标条件,现对该项目进行国内资格后审公开招标。??2.项目概况与招标范围??2.1项目概况、招标范围及标段(包)划分:.??2.1.1项目概况:??本项目建设的一套全钒液流电池储能系统,配置容量为2MW/8MWh,储能系统接入储能站35kV母线。??2.1.2招标范围:采购范围包括但不限于??2MWW/8MWh全钒液流电池储能系统(简称储能系统或系统),由4个500kW/2MWh全钒液流电池储能模块组成(简称储能模块或模块)及相应的配套设备设施,并网电压等级为35kV,配套有消防、安全等设施。采购范围涵盖以下内容:??(1)基于北京低碳清洁能源研究院的储能技术完成500kW/2MWh储能模块的详细设计和工程制图;??(2)基于北京低碳清洁能源研究院通过的储能单元详细设计方案,完成4台套500kW/2MWh储能模块及其配套系统的加工、装配及相关测试实验。储能及其配套系统包括但不限于升压变、储能变流设备(PCS)、电池管理系统(BMS)、储能单元、能量管理系统(EMS)、以及配套线缆等辅材。按低碳院的要求完成4台套500kW/2MWh储能模块及其配套设备设施的配件选择、结构设计和制造,提供完整图纸资料,完成设备出厂检测、包装、发运、现场交货等;??(3)完成2MW/8MWh储能系统的安装和调试。包括提交一次电气和二次电气设计方案和安装调试方案等,完成2MW/8MWh全钒液流系统所有设备的安装、接线(35kV(不含35kV)以下,含舱体接地及防火封堵)、调试、试验、试运行等工作,配合并网验收、消防验收等工作。;??2.1.3交货日期:??2024年6月30日前,完成项目验收。其中,??(1)2024年5月20日前,完成4台套500kW/2MWh储能模块及配套设备到达现场;??(2)2024年6月25日前,完成2MW/8MWh储能系统具备并网条件。??2.1.4交货地点:山东省烟台市国家能源蓬莱发电有限公司。??2.2其他:/??3.投标人资格要求??3.1资质条件和业绩要求:??【1】资质要求:投标人须为依法注册的独立法人或其他组织,须提供有效的证明文件。??【2】财务要求:/??【3】业绩要求:2021年2月至投标截止日(以合同签订时间为准),投标人须至少具有全钒液流电池储能系统集成项目容量不低于1MWh的供货合同业绩1份。投标人须提供能证明本次招标业绩要求的合同,合同扫描件须至少包含:合同买卖双方盖章页、合同签订时间和业绩要求中的关键信息页。??【4】信誉要求:/??【5】其他要求:投标人须为全钒液流电池产品制造商。??3.2本项目不接受联合体投标。??3.3本项目不接受代理商投标。??4.招标文件的获取??4.1凡有意参加投标者,购标前必须在国家能源集团(https://www.ceic.com)首页网页底部查找“生态协作平台”图标,点击图标跳转至国家能源集团生态协作平台,点击“物资采购”图标,完成国家能源集团供应商注册,已注册的投标人请勿重复注册。注册方法详见:国家能源集团生态协作平台→帮助中心→“统一客商门户操作手册”。??4.2购标途径:已完成注册的投标人请登陆“国家能源招标网投标人业务系统”,在线完成招标文件的购买。??4.3招标文件开始购买时间2024-02-02 09:00:00,招标文件购买截止时间2024-02-09 16:00:00。??4.4招标文件每套售价每标段(包)人民币第1包70元,售后不退。技术资料押金第1包0元,在退还技术资料时退还(不计利息)。??4.5未按本公告要求获取招标文件的潜在投标人不得参加投标。??4.6其他:/??5.招标文件的阅览及投标文件的编制??本项目采用全电子的方式进行招标,投标人必须从“国家能源招标网投标人业务系统”“组件下载”中下载《国家能源招标网投标文件制作工具》及相关操作手册进行操作,具体操作流程如下:??1)投标人自行登录到“国家能源招标网投标人业务系统”:http://www.chnenergybidding.com.cn/bidhy。??2)点击右上方“帮助中心”按钮,下载《招投标系统用户手册-电子标(投标人手册)》。??3)点击右上方“组件下载”按钮,在弹出的页面中下载“国家能源招标网驱动安装包”及“国家能源招标网投标文件制作工具”并安装。??注:本项目招标文件为专用格式,投标人须完成上述操作才可以浏览招标文件。??4)投标人必须办理CA数字证书方可完成投标文件的编制及本项目的投标,CA数字证书办理流程详见:国家能源招标网首页→帮助中心→“国家能源招标网电子招投标项目数字证书办理流程及须知”。??注:投标人需尽快办理CA数字证书,未办理CA数字证书或CA数字证书认证过期的,将导致后续投标事项无法办理。??5)投标人须按照招标文件要求在“国家能源招标网投标文件制作工具”中进行投标文件的编制。具体操作详见《招投标系统用户手册-电子标(投标人手册)》,其中以下章节为重点章节,请投标人务必详细阅读。??1.1--1.7章节(系统前期准备)??1.9章节(CA锁绑定)??2.5章节(文件领取)??2.9章节(开标大厅)??3.1章节(安装投标文件制作工具)??3.2章节(电子投标文件制作)??6.投标文件的递交及开标??6.1投标文件递交的截止时间(投标截止时间,下同)及开标时间为2024-03-04 15:00:00(北京时间),投标人应在投标截止时间前通过“国家能源招标网投标人业务系统”递交电子投标文件。??6.2逾期送达的投标文件,“国家能源招标网投标人业务系统”将予以拒收。??6.3开标地点:通过“国家能源招标网投标人业务系统”公开开标,不举行现场开标仪式。??7.其他??/??8.发布公告的媒介??本招标公告同时在国家能源招标网(http://www.chnenergybidding.com.cn)和中国招标投标公共服务平台(http://www.cebpubservice.com)上发布。??9.联系方式??招标人:北京低碳清洁能源研究院??地址:北京市昌平区未来科学城滨河大道9号院??邮编:102209??联系人:龙俊英??电话:010-57339807??电子邮箱:junying.long@chnenergy.com.cn??招标代理机构:国家能源集团国际工程咨询有限公司??地址:北京市东直门南大街3号国华投资大厦6层??邮编:100010??联系人:于绍晶??电话:010-58134609??电子邮箱:13707542@ceic.com??国家能源招标网客服电话:010-58131370??国家能源招标网客服工作时间:8:30-12:00;13:30-17:00(法定工作日)??国家能源招标网登录网址:http://www.chnenergybidding.com.cn

作者: 中国·三级片网网 详情
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全钒液流电池关键材料研究进展及展望

随着全球气候变暖和矿物燃料不断枯竭,人类亟需寻求洁净、可再生的新型能源来解决当前的能源危机。由于可再生能源具有较强的间歇性,光伏、风电等新能源具有不稳定、不连续和不可控的非稳态特征,严重威胁着电力系统可持续性及安全性。通过新能源发电技术与高效的大规模储能技术相融合,如何实现可持续能源供给及生态环境保护成为当前研究的热点。??目前,按照能量储存方式划分,可将能量储存分为机械、电磁及化学能量储存,其中机械储能主要包括压缩空气储能、抽水蓄能等。由于机械储能需要独特的地理环境,使得水力储能和压缩空气储能技术的发展受到了一定的限制;电磁能量储存主要包括超导及超级电容器能量储存,电磁储能存在能量密度低及成本高的缺点;化学能量储存主要包括锂离子电池、三级日本、全钒液流电池、钠硫电池等。当前,钠硫和锂离子电池存在安全隐患问题,亟需寻找一种新型的替代储能电池。??全钒液流电池因其易于实现规模化、无污染和高安全性等优点,成为当前大规模储能领域的研究热点和发展方向。??1.全钒液流电池结构及工作原理??全钒氧化还原液流电池(VRB,Vanadium Redox Battery)是1种利用电解液中不同价态的钒离子在电极表面发生的氧化还原反应,来储存和释放电能的一种电化学装置。VRB主要由电池板框、电极、质子交换膜、双极板、电解液和集流体等部件构成,其结构如图1所示。VRB的正、负极活性物质是固溶于硫酸中的钒离子。在工作过程中,利用1台循环蠕动泵把电解液注入三级片网,在充电和放电的过程中,电解质始终是流动的。电池的总反应式和正、负极的反应式分别为式(1)、式(2)、式(3)所示。??2.全钒液流电池的优缺点??VRB在许多方面都比其他规模储能技术有更好的优势,其特征表现为:??VRB在电解液中充放电、不存在相态变化、不会出现断电及短路等问题;VRB的输出功率不依赖于其额定容量,其输出功率与电池堆的尺寸和数量有关,而额定容量取决于钒电解液的浓度和容积,所以二者均可以按照特定的需求进行灵活设计,并且可以较为容易的获得百万瓦特量级的规模;??由于VRB的正、负极活性材料均为钒组分,所以能够避免正、负极电解液的交叉污染,并且电解质溶液能够很容易地进行氧化还原反应且被重复使用,因此拥有较长的循环寿命(>10000次);??VRB在放电时无记忆效应,可以进行深度放电,即使100%放电也不会损坏电池;??由于VRB中的电解液为液态,其浓差极化较小,并且它的电极具有较高的反应性和较小低的活化极化,因此它的负载容量较大;??所用的部件原料廉价、容易获得,降低了系统的制造及维护成本。??目前,VRB面临的主要问题为:??①受限于电解质,其比容量较低,体积较大;??②电池在运转过程中,电解质是需要泵体加压促进其不断流动,导致其在压强较大时密封性差,在酸、碱及氧化剂等介质中易刻蚀,缩短了电池的使用寿命;??③在使用过程中,在某一特定的温度下,五价钒会在电解液中沉淀,从而阻塞流道,影响VRB的正常运转;??④二价钒的含量过少,对电解液的稳定性有较大的影响;??⑤初期投资费用过高,尤其是质子交换薄膜。??3.全钒液流电池关键材料??目前,VRB已经完成由实验室阶段向工业化实际应用的转变,其工程化技术得到了快速发展,在世界范围内已经建立了多个不同功率等级的全钒液流电池储能示范系统,但是由于前期投资费用高昂,其关键核心材料还欠缺系统性和深入的研究,导致VRB能量密度偏低、容量快速下降及成本较高等问题难以解决,已成为制约该项技术规模化、产业化和实际应用的瓶颈。??3.1电解液??电解液作为VRB的能量存储介质,在电池的充放电过程中起着关键作用,其稳定性对VRB性能和循环寿命有很大的影响。为提高VRB性能,需要对电解液进行改进以提高其溶解度及稳定性。电解质是由具有不同价态的活性物质(钒离子)和支撑电解质(如硫酸、盐酸、甲基磺酸及上述混合物)构成的。??该电解质能够提供适宜的离子浓度,从而使电池能够稳定运行。支撑电解液的选择主要依据电化学反应动力学、电解液在电极-电解液中的溶解性以及活性电解液中的交叉污染情况。对普通的支撑电解质硫酸来说,它提供了1个质子,可以根据酸碱度改变电池的电势。??在VFB中,V(Ⅱ)/V(Ⅲ)氧化还原电对用作负极电解液,V(Ⅳ)/V(Ⅴ)氧化还原电对用作正极电解液。由于采用了2种可溶性电对,电极表面不会发生固相反应,也不会发生相应的形貌变化。以同一种元素的4个价态为活性离子对,有效解决了长期使用过程中活性物质的交叉污染问题。??当前,人们正在对VRB中的电解液展开研究,重点在于对它的生产工艺进行优化,如加入多种助剂和稳定剂,以获得稳定性高、浓度高、温度适应范围广及价格低廉的钒电解液。目前,关于VRB正极电解液组分的相关研究发现,室温下适合VRB正极电解质含量约为1.5~2.0mol/L的V?+和3mol/L的H?SO?。然而,随着钒离子浓度的不断升高,正极电解液中将出现V?O?沉淀物,造成管道堵塞,严重时会导致电池失效。??3.2电极??VRB在电极表面进行电化学反应,对整个电池的能量效率和循环稳定性有很大的影响。当前,对电极进行改性的方法主要包括:氧化处理、氮化处理、酸处理、热活化、电化学氧化、无机材料涂层及金属沉积改性等。其中,高温激活与电化学氧化法是一种廉价、简单、温和、可控、环境友好的电极改性方式。??由于电解质中存在很强VO?+和硫酸,因此,对VRB的电极材料提出了更高的活性、导电性和稳定性要求,同时还要求具备优良的机械特性和廉价等优点。??当前,采用的是以金属、碳及石墨为基础的3种新型VRB电极。金属电极(如铅、钛铂、金等)具有优异的力学性能和导电性,但其电化学可逆性能极差,成本较高,限制了规模化应用。将聚乙烯、聚丙烯等高分子基团与导电性炭材料复合而成的复合电极,由于其价格低廉,质量轻,加工方便,所以被认为是一种比较理想的VRB电极材料。??另一方面,碳基材料具有良好的电导率、抗腐蚀性和电化学稳定性,在VRB中得到广泛使用。在对碳基电化学材料的长期探索中,通过对碳基材料的深入分析,学者揭示了碳基电化学材料具有良好的导电性、耐腐蚀和耐高温等特性,并具有较大的比表面积,已成为最理想的VRB电极材料之一。??3.3双极板??双极板是VRB中的重要部件,尤其是大容量、高功率型液流电池系统。碳复合材料双极板是指将某些高分子材料与一定数量的碳结合在一起而形成的复合双极板,因其加工简单、成本低廉等优势,被认为是一种极具应用前景的VRB用集流体。??另外,由于碳质双极板的电导率较金属或石墨质双极板低,所以在充放电次数较少的情况下,由于电流密度不大,双极板中的碳不会被完全消耗,而是会在两极板之间留下一些空隙,而这些空隙会导致电流通过时产生大量的热,从而进一步使双极板的电阻变大。因此,制备具有高电导率和良好耐腐蚀性能的双极板成为VRB用集流体研究重要方向。??3.4质子交换膜??质子交换膜(PEM)作为VRB的核心部件,既可隔离电解液,又可以传输质子,保障电池完成充放电循环过程。因此,PEM对提高VRB的可靠性及性能具有重要意义。??因其化学稳定性好、质子传输性强等优势,全氟磺酸树脂(PFSA)构成的全氟磺酸膜被广泛应用于VRB系统。目前,关于VRB用隔膜的研究主要集中在提高膜的离子选择透过性和提高膜的稳定性。??在VRB中,常用的质子交换膜内部通常有亲水、疏水区域。这2种区域的分布对膜的离子选择、离子传导、力学、化学稳定性等性能有重要影响。??目前,国内外学者正积极探讨、优化这2种区域的分布,进而制备出高稳定性、高选择性的质子交换膜材料。??3.4.1质子交换膜研究进展??根据材料不同,市售的PEM大致包括4类:全氟磺酸型PEM、部分含氟型PEM、非氟型PEM及非树脂型PEM等。到目前为止,全氟磺酸类PEM在市场上得到了广泛的应用,其中最著名的就是美国杜邦公司在20世纪70年代开发出来的Nafion膜,因为这种薄膜的主链是碳氟化合物,因此具有较好的化学和热稳定性。??另一方面,加上侧链-SO?H连接到碳氟主链上,由于F原子极强的电负性,-SO?H附近的电子云密度大大降低,H+更容易从-SO?H上解离,所以,全氟磺酸型PEM具有较好的质子导电性。Nafion膜的结构如图2所示,-SO?H以共价键连接到碳氟骨架上,在水溶液中,-SO?H可以被电离成固定的-SO?-和自由H+。而且,-SO?H还能将水分子聚集在一起,形成一片微区,当微区内的水分足够多时,这些微区之间便会相互连接,形成一条长距离的质子传输通道。目前普遍认为,Nafion膜符合上述离子簇网络模型,如图3所示。??除了美国杜邦公司生产的Nafion系列PEM外,其他国家研制的类似产品包括XUS-B204、Flemion膜等。尽管Nafion膜具有许多优点,但是存在着严重妨碍其进一步商业应用的缺点:Nafion膜的合成过程比较复杂,合成难度较大,成本较高,市场价格昂贵。??3.4.2质子交换膜研究方向??PEM决定着VRB的效率、输出功率、寿命和应用性能等。因此,对于VRB,研发一种具备卓越综合性能的PEM成为了迫切需求。在当前情况下,质子交换膜需从以下7个方面展开研究:??(1)提高PEM质子电导率,减小膜物理电阻,提高电池效率。??(2)提高PEM电子绝缘性,从而有效隔离正负电极,提高电池的效率。??(3)提高PEM阻隔性能,一方面减少自放电,降低能量损耗;另一方面可以提高电池的安全性。??(4)PEM具备较好的保水能力,在吸水后仍然能够维持所需尺寸的稳定性。因为水分子可以加速质子传输,而高度稳定的尺寸则需要膜的溶胀率低,以确保在PEM干湿状态之间无过度膨胀或收缩,避免裂纹和微孔的形成。??(5)提高热及化学稳定性,强化电池的抗氧化性和耐酸碱性,保持质子交换膜在复杂工况下性能稳定,以保证电池的使用寿命。??(6)提高机械性能,良好的力学性能是质子交换膜组装成电池的重要条件。??(7)降低PEM的材料和制造成本,促进PEM的更广泛应用。??4.结论与展望??太阳能、风能、波浪能等可再生能源较强的间歇性特征限制了光伏和风能工业化大规模应用。VRB因其固有的优势及宽泛的应用领域,非常适合大规模储能,可以实现电网削峰填谷、电力系统节能降耗。??目前,亟需在VRB中的关键材料方面开展基础理论研究,通过提高电解液、电极、双极板及质子交换膜等关键材料的性能获得专门针对VRB的专属材料,为VRB实现大规模商业化推广奠定基础。??(1)钒电解液通过提高钒离子浓度来提高VRB的比能量,但较高的钒电解液浓度势必会造成电解液粘度增大,传质过程受到抑制及电导率降低;较高浓度的在重放电过程中容易析出沉淀物,造成电极表面堵塞出现浓差极化现象;因此,钒电解液的可以围绕着增强电化学活性及性能稳定性方面开展深入研究。??(2)金属类的电极价格昂贵,耐腐蚀性能较差,可选择的种类较少,现在较为广泛应有的是石墨毡多孔电极,其成本较低、性能优异、耐腐蚀性能优,满足VRB的实际应用要求。石墨毡多孔电极在VRB中长期被压缩状态下充放电,容易产生局部的浓差极化造成烧毡现象,出现电极碳纤维丝断裂、表面材料剥落、堵塞电池板框内部流道等现象,需要在石墨毡多孔电极机械性能、抗腐蚀性能、电极改性等方面开展深入研究。??(3)纯石墨双极板制造成本较高、制备工艺复杂且易损毁,仅在实验室做研究使用;碳塑双极板材料便宜、制备工艺简单、韧性和强度较好在VRB中应用广泛;一体化双极板可以降低与电极间的接触电阻,易于大规模生产,已经成为研究热点。目前,研究双极板的主流方向是如何增强其强度和韧性的同时降低双极板的电阻率。??(4)Nafion系列膜钒离子渗透率及高昂的价格限制了其大范围推广应用,研究热点聚焦在非氟类质子交换膜的改性上,制备出阴离子膜、阳离子膜及非离子多孔隔膜等质子交换膜,但是,这类膜在化学稳定性上还存在缺陷,距离商业化依然有一定的距离。因此,性能优异、价格低廉、制备工艺简单的非氟高分子基离子交换膜和改性的多孔纳滤和超滤膜将会是未来钒电池隔膜的发展趋势。??(本文作者:中煤科工集团沈阳研究院有限公司、煤矿安全技术国家重点实验室高海)

作者: 高海 详情
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液流电池加速产业化,新的万亿赛道已开启

最近关于液流电池的重磅信息层出不穷。??仅在十月内,全球首套兆瓦级有机液流电池和首套吉瓦级锌铁液流电池工厂接连在宿迁、珠海投产,液流电池正式进入规模化、产业化发展的时代。??液流电池储能独角兽企业如天府储能、纬景储能分别获得了数千万投资和50亿授信;永泰能源则出资700万美元认购了新加坡液流电池公司Vnergy合70%的股份。??科研端也有新突破:西湖大学王盼团队利用水系有机液流电池在充放电过程中实现了电化学碳捕。??这样看来,有人说今年是液流电池元年,也是恰如其分的。??早在2021年,国家发改委和能源局发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》文件就特别提到,要坚持储能技术多元化,实现压缩空气、液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期。??液流电池一直都是长时储能的“后备军”,有了政策的加持,液流电池的发展按下加速键,逐渐来到了“台前”。??液流电池是一种利用两种或多种溶解在液体中的活性物质,在离子膜两侧进行氧化还原反应来储存和释放能量的装置。前期碍于产业化困难,液流电池长期停留在实验室当中。??但在2022年,液流电池产业化取得突破性进展,兆瓦级产品量产交付,首个吉瓦时级别项目集采开标,大连液流电池储能调峰电站一期成功并网等诸多事件,业界看到了发展的曙光。??相比起磷酸铁锂等新型电池,液流电池其活性物质是单独储存在外部储罐中的液体电解质,输出功率和储能容量相互独立,可拓展性能良好,能够解决三极片网站储能两者不可兼得的问题。图说:液流电池示意图来源:SolarReviews??而且,液流电池在充放电的过程中,不涉及物相的变化,因此循环寿命可达上万次,整体使用寿命可以达到20年或者更长时间。另外,因其水系的特质,一般不燃烧、不起火,安全性能突出,且环境友好。??根据其技术特点可以发现,液流电池和三极片网站相比虽然能量密度较低,但其最大的优势在于可以满足大规模储能和长时储能的需求。图说:液流电池(铁铬、全钒)与其他电化学电池技术对比来源:知乎??储能的应用场景和需求多种多样,任何一种技术路线都不是唯一解,最重要的是从安全角度还是经济性角度合理配置和调整。??01.长时储能需求迫切??由于风、光发电的不连续性,在未来以可再生能源为主体的新型电力系统中,缺乏大规模的长时间、大容量储能技术支撑将会是转型过程中巨大的风险点。??如果新型电力系统中可再生能源的比例超过50%,储能设施必要需要具备十几个小时乃至几天的储能时长,满足吉瓦级别的再生能源并网、长时间削峰填谷的需求。??但锂离子电池目前的技术水平难以满足长时间、大容量储能的需求。??因此全球对于长时储能(充放电时间超高六小时)的技术越来越重视。??根据彭博新能源财经的数据,截止到今年9月,全球已经投产的长时储能达1.4GW/8.2GWh,而储备项目已经达到33GW/156GWh,其中,中国是最大的市场,占储备项目装机容量的92%。??据不完全统计,仅今年3—6月,我国在建及规划液流电池产线超过9条,产能规划合计超过8.2吉瓦,潜在年产值超过700亿元。??目前能满足大规模长时间储能的技术主要有压缩空气储能和抽水蓄能,然而上述两种受地形地理环境影响明显,无法在全国推广使用。因此,液流电池因其技术特点能够及时补位。??从产品分类看,液流电池按照电解液体系的不同可分为全钒、锌铁、锌溴、铁铬等20多种技术路线。??全钒液流电池是目前全球范围技术成熟度最高、商业化最快的液流电池路线。全钒液流电池利用钒离子化合价的变化来实现电能与化学能之间的转化。与其他电池相比,全钒液流电池具有本质安全性、保值率高、零成本无限增容和无二次污染等优点。??除了全钒液流电池之外,锌基液流电池也是主要液流电池中的一种。在取得技术突破后,锌基液流电池相比其他电池,具有成本低、能量密度高、安全性好、环境友好等优点,在大规模储能领域具有较好的应用前景。??而与上述无机氧化还原型液流电池相比,水系有机液流电池(AORFBs)采用的电解液则是具有氧化还原活性的有机分子水溶液,具有反应活性高(一般比无机氧化还原电对高2~3个数量级)且溶解度、可调性好,分子尺寸设计性强等特点,在能量密度、功率密度和循环寿命等方面与其它储能技术比优势明显。??02.液流电池工厂加速落地??最近在广东珠海投产的纬景储能“超G工厂”就是锌铁液流电池工厂,年产能超6吉瓦时,实现了从兆瓦级向吉瓦级产能的巨大跨越。??纬景储能在众多液流电池技术路线中,没有选择技术相对成熟的全钒液流电池,而是选择了“锌铁液流电池”。??其自主研发的新一代锌铁液流电池产品GP110,采用碱性水系电解液配方,不燃不爆、安全无毒,具备安全、寿命长等特点;原材料(包括锌和铁)充足且平价易得,成本优势和降本空间显著。图说:锌铁液流电池GP110来源:纬景储能??除了广东珠海之外,纬景储能目前还在山东、湖北、江西加速推进建设和规划锌基液流电池“超G工厂”项目。??而全球首套兆瓦级水系有机液流电池在江苏宿迁投产,则宣告了国内首家有机液流储能电池企业正式迈入大规模储能赛道。图说:水系有机液流电池投产启幕来源:宿迁时代储能??水系有机液流电池作为新型储能技术,不同于全钒、铁铬等液流电池使用强酸作为支持电解液,该技术使用中性NaCl水溶液作为支持电解液,产品更加安全环保、综合能效更高、使用寿命更长。??此外,有机氧化还原分子环境友好、原料丰富且制备较容易,可以低成本生产,适于大规模应用。??宿迁市近日印发了《宿迁市支持新型储能产业发展的若干政策措施》,在具体的支持政策中,宿迁市拿出了单个企业最高2000万元的补贴,并在企业成果转化、核心技术攻关、高新技术企业认定等方面给予了较大力度的支持,以此加快项目招引建设。??良好的政策为企业放开手脚积极竞逐新赛道、努力做大做强新型储能产业提供了坚实的基础。??03.投资人闻风而动??过去两年国内储能“爆火”,推动三极片网站储能企业估值水涨船高,投资人难以抉择。??有业内投资人士坦言,“自己已不看源网侧的电化学储能项目,一方面是估值过高,一、二级市场倒挂;另一方面,源网侧储能已经是一片红海,价格战压薄企业利润空间。”??面对可选标的日益减少,一级市场的投资人开始将目光转向储能的细分赛道,而长时储能中的液流电池则被认为是潜在的投资机会。??有行业观察者表示,在双碳目标之下,新型储能已经成为下一个万亿赛道。??前两天天府储能刚完成数千万元天使轮融资,由中小企业发展基金(成都)交子创投基金(GP:东方富海)领投,成都科创投集团和成都绿色低碳集团联合发起设立的成都梧桐绿碳基金跟投,康桥创投担任独家财务顾问。??而天府储能选择的赛道就是全钒液流电池,本轮融资将用于全钒液流电池技术研发、产能布局和团队扩建。??纬景储能作为国内首家锌铁液流电池领域的独角兽,自2022年以来经历过数轮融资,目前总募资额超10亿元,投资方包括高榕资本、松禾资本、大横琴集团、国合新力等,所募资金聚焦于提升纬景储能锌铁液流电池的产能,进一步降低储能电池的成本。??被永泰收购70%股份的新加坡液流电池公司Vnergy也是一家具备全钒液流电池储能先进技术研发能力的国际化科技公司。??Vnergy拥有创始人王庆教授在新加坡国立大学发明的全钒液流电池固态储能等技术专利使用权,致力于新一代高密度全钒液流电池储能技术和产品的研发,较目前应用的全钒液流电池产品在热稳定性、能量密度和成本方面均具有明显的行业领先优势。??永泰能源表示,本次通过新加坡德泰储能投资控股Vnergy,使公司进一步拥有了行业领先的新一代全钒液流电池储能技术,将加快实现公司在全钒液流电池储能领域的技术迭代。??不过,现阶段液流电池投资成本还是相对较高。有行业专家总结道,三极片网站和液流电池可以互为补充:??“建议大型储能项目中一部分采用液流体系,可以提升项目的整体安全性。另外,由于锂电的循环寿命比液流电池短,当部分锂电的循环寿命到期时,可以提高液流电池的比例,最大限度分摊风险,激活液流电池产业链。”

作者: Yinyin 详情
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最佳持续时间约为8至12小时!ESS公司交付3MWh铁液流电池储能系统

据外媒报道,长时储能系统供应商ESS公司日前宣布,该公司已向加州电力供应商萨克拉门托市政公用事业公司(SMUD)交付了6个长时储能系统,总储能容量为3MWh。??这6个储能系统是ESS 公司去年宣布的一项更广泛协议中首批交付的储能项目。根据这份协议,ESS公司将向SMUD公司提供高达200MW/2GWh铁液流电池储能系统。该公司估计,这些储能系统每年将减少28.4万吨碳排放量。??SMUD公司首席零碳官Lora Anguay表示,10至12小时持续时间是SMUD公司采用铁液流电池储能系统的重要因素。她补充说:“它确实补充了SMUD公司正在考虑开发的可再生能源发电设施,其中包括公用事业规模太阳能发电场和用户侧太阳能发电设施。”??SMUD公司制定了到2030年提供完全碳中和电力的目标,与加州2045年实现100%零碳电力的目标相比提前15年。该公司在2020年年中批准的气候紧急声明中包括了这一承诺。SMUD公司在这一年还与ESS公司就部署长时储能系统达成协议。??Anguay表示,ESS公司交付的第一套储能系统已经安装并连接到SMUD公司培训设施的系统中。现在,该公司将专注于将这些储能系统整合到其清洁能源组合中。一旦这些储能系统投入使用,该公司还将对员工进行电网运营和电池储能系统调度方面的培训。??SMUD公司计划在今年秋天之前让这些电池储能系统完全投入使用。根据该公司与ESS签署的协议,下一批电池储能系统预计将在明年年底开始交付。??ESS公司负责业务开发和销售的高级副总裁Hugh McDermott表示,铁液流电池技术为电力供应商提供了一定的优势,包括安全方面。??他说,“因此,所有与锂离子电池安全相关的认知和风险并不真正适用于我们的案例,”??就持续时间而言,该储能技术目前的最佳持续时间约为8至12小时。??McDermott表示,尽管为了减缓气候变化的影响、可再生能源的采用和电气化的发展等多种趋势正在推动对长时能源解决方案的需求,但在为这些能源资产提供适当补偿方面,美国政府还有更多的工作要做。??他指出,“即使在长时储能需求得到广泛认可的加州,对于像SMUD这样的公司以及建设和运营这些项目的私人投资团体来说,仍然需要进行一些市场改革或提供一些激励措施,以更好或更适当地长时储能系统提供补偿。”??他补充说,加州现在是一个资源充足的市场,运营的电池储能系统的持续时间大多是4小时,但对一些用户来说,投资8小时电池储能系统的回报还不够高。至少对于哪些仍处于创新初期的新技术和大规模生产来说是这样。??ESS公司和SMUD公司还打算在萨克拉门托建立一个储能制造“卓越中心”,该中心将与该地区的教育机构合作,提供劳动力培训。

作者: 刘伯洵 详情
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2020年以来主要液流电池签署项目汇总

新型储能政策推动液流电池进入商业化前期,国内装机规模未来2年有望实现成倍增长,并在大规模可再生能源并网与电网调峰领域率先爆发。2021年以来,锂离子电池上游原材料价格暴涨与产能紧缺,暴露出过度依赖单一技术路线的风险:三极片网站下游需求快速释放造成上游价格上升,产能供应不足,导致储能与电动车、两轮车、智能家居等下游“抢电池、抢原料”的情况发生。另外,储能三极片网站产品寿命不长、火灾爆炸等事件时发等问题也影响了三极片网站储能产品的应用。2021年7月,国家发改委和能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,文件提出要坚持储能技术多元化,推动锂离子电池等相对成熟新型储能技术成本持续下降和商业化规模应用,实现液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期。液流电池等新型储能电池的政策春天正逐步来临。液流电池在大规模储能的优势:超长循环寿命、高安全稳定性、绿色环保液流电池通过不同电解液离子相互转化实现电能的储存和释放。与传统二次电池相比,其电极反应过程无相变发生,可以进行深度充放电,能耐受大电流充放。与其他电化学储能技术相比,液流电池最突出特点就是循环寿命特别长,最低可以做到10000次,部分技术路线甚至可以达到20000次以上,整体使用寿命可以达到20年或者更长时间。其次,液流电池的储能活性物质与电极完全分开,功率和容量设计互相独立,便于模块组合设计和电池结构放置;储存于储罐中的电解液不会发生自放电;电堆只提供电化学反应的场所,自身不发生氧化还原反应;活性物质溶于电解液,电极枝晶生长刺破隔膜的危险在液流电池中大大降低;同时流动的电解液可把电池充电/放电过程产生的热量带走,避免由于电池发热而产生的电池结构损害甚至燃烧;最后,液流电池的电解液可以实现回收再利用,相比铅蓄和锂离子电池,不会对环境造成污染。产品分类看,液流电池按照电解液体系的不同可分为全钒、铁铬、锌溴等不同技术路线。全钒液流电池是目前商业化最为成熟的液流电池路线。首先,全钒液流电池经过多年示范考核,其大规模储能的工程效果已得到充分的验证,其他路线由于示范时间短,仍需要经历较长的验证周期;相比铁铬等技术路线,全钒液流电池的电解液、隔膜、膜电极等原材料供应链已经初步成型,国产化进程不断加快,已能够支撑起开展百兆瓦级的项目设计与开发,其产业配套更加成熟;最后,全钒液流电池系统(10MW-4小时储能配置)的单瓦时成本已经能够控制在2-3元的水平,已经具备初步商业化应用的条件。铁铬液流等路线虽然具备更大的降本空间,但从技术瓶颈突破、产业链培育和产能建设的进度看,未来五年其他液流电池路线的成熟度和成本水平仍难与全钒液流电池相媲美。液流电池与其他电化学电池技术对比资料来源:公开资料,高工产研新能源研究所(GGII),2021年10月综上,液流电池是更适合大规模、长时间储能场合的储能电池技术路线。从产业配套成熟度看,全钒液流电池将是未来五年主流的液流电池技术路线。随着装机规模的快速提升,液流电池的储能性能优势将会越发突出。2020年以来市场回顾:签订项目数创新高,产业链企业扩产加速需求端看,目前液流电池电化学储能装机量占比偏低,无论是全球还是中国,比例均低于1%。但2018年以来液流电池签订项目数和装机项目数均创新高,市场热度明显提升。以国内为例,根据不完全统计,仅从2021年到2021H1,国内规划的液流电池装机量超过6GW,容量超过20GWh。预计2022-2023年该批项目将会密集投运,整体规模将在2021年的基础上翻番,届时有望为国内液流电池市场带来巨额订单需求。2010-2020年全球液流电池装机量增长情况(MWh)资料来源:美国能源部2020年以来主要液流电池签署项目资料来源:公开资料、高工产研新能源研究所(GGII)整理.,2021年10月供给端看,根据GGII产业调研,大连融科、北京普能世纪、乐山伟力得为代表的电池企业,苏州科润、攀钢钒钛为代表的上游配套企业自2018年以来陆续融资扩产,为即将爆发的液流电池市场屯兵备粮。2021年国内主要液流电池产业链扩产项目(部分)资料来源:公开资料、高工产研新能源研究所(GGII)整理.,2021年10月现阶段液流电池市场规模较小,整体竞争格局尚未全面打开,大连融科与北京普能世纪涉足液流电池时间较长,其凭借着电堆产品迭代能力、供应链整合能力和MW级液流电池项目设计运维能力暂时处于国内领先地位,其装机规模也遥遥领先国内其他同行。但随着其他新进入者的加入与扩产项目的完成,未来市场竞争格局仍将存在较大的变数。产品技术端看,液流电池最为诟病的是其能量密度偏低,生产成本偏高。要推进液流电池储能技术的普及应用,还需要将电堆的功率密度、能量密度和转化效率再提升一个层次,从而降低电池的成本,提高其可靠性和稳定性,这是行业已经达成的发展共识。GGII预测未来5年,液流电池的产品技术发展将重点围绕着电堆结构设计的数值模拟仿真、更高效低成本电堆原材料(离子交换膜、双极板和碳毡等)、高功率密度电堆开发和电解液体系创新等四大方面开展。"十四五"储能液流电池规模预判:2025年全钒国内装机有望突破1GW随着各地液流电池储能示范项目落地并获得技术验证,"十四五"期间将是液流电池从定点示范走向推广的重要机遇期。高工产研新能源研究所(GGII)预测,"十四五"期间全钒液流电池凭借着更为成熟的产业配套和产品技术、更低的初次投入成本,将成为主流的液流电池技术路线。2025年全钒液流电池国内装机量有望突破1GW,新增的装机量主要来源于电源侧的可再生能源并网和电网侧的削峰填谷两大应用领域。增长的驱动力主要包括:1)新型储能政策号召下,国电投、华能、华润等能源央企加快投资液流电池等新型储能示范项目,推动液流电池装机量上一个台阶;2)大连融科、普能等国内产业链企业扩产项目投产,带动电解液、电堆产业链配套规模扩大,制造成本进一步下降;3)国内电价市场化改革持续,取消工商业目录电价、扩大峰谷电价差等电价改革措施在国内逐步落地,增强市场对不同储能技术路线的包容性和液流电池商业盈利性;4)锂离子电池安全隐患和储能时长有限缺陷使液流电池得到新的成长机会。为全面了解储能液流电池供求发展、技术路线、企业布局、未来前景等状况,高工产研新能源研究所(GGII)通过实地走访、电话调研、参考公开资料等途径获取了大量的行业信息并进行深度分析,最终形成《2021年中国储能液流电池市场调研分析报告》。报告共分7章,从储能细分领域(电源侧、电网侧和用户侧)、储能液流电池需求规模、竞争格局、产品与技术、重点企业、风险与建议等方面,为想要了解储能液流电池从业者提供全面的行业数据和分析报告。数据范围说明●本报告数据更新至2021年6月。●本报告数据以中国大陆地区数据为主,少量涉及全球其他地区数据。

作者: 沈阳三级片网研究所新闻中心 详情
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钒电池产业链深度解析

在“碳达峰、碳中和”背景下,以风电光伏为主的清洁能源将逐渐取代以煤炭、石油为主的化石能源。由于风电、光伏间歇性发电的特点,储能正在从过去的“可选项”变为发展新能源过程中的“必选项”。#钒电池#当前储能相关支持政策推出速度显著加快。2021年7月15日,国家发改委、国家能源局正式印发《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,明确到2025年新型储能装机规模达30GW以上,未来五年将实现新型储能从商业化初期向规模化转变,到2030年实现新型储能全面市场化发展。文件提出要坚持储能技术多元化,推动锂离子电池等相对成熟新型储能技术成本持续下降和商业化规模应用,实现液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期。目前主要的液流电池包括铁铬电池、锌溴电池及全钒电池等。其中,全钒液流电池是目前研究和应用最广泛的液流电池技术,其十分适合作为储能电池,尤其是在光伏、风电等新能源领域。以钒电池为代表的液流电池,2019年装机规模为20MW,2020年装机规模达100MW,据不完全统计2020年以来钒电池项目,装机量已经超过6GW,容量超过20GWH。按照《关于加快新型储能发展的指导意见》政策制定目标,2025年累计实现新型储能30GW装机量,钒电池渗透率20%+,当前渗透率为1%左右,由于光伏、风电等将带动储能行业高速发展,钒电池未来发展前景广阔,2021至2025年有望是钒电池渗透率提升的第一阶段爆发期。钒电池有望成为储能行业大发展赛道上的新星。钒电池的工作原理:资料来源:UET钒电池全称为全钒氧化还原液流电池(Vanadium Redox Battery,VRB),为液流电池的一种,是一种基于金属钒元素的氧化还原的电池系统,其电解液是不同价态的钒离子的硫酸电解液。从应用领域来看,钒液流电池当前已实现在智能电网、通信基站、偏远地区供电、可再生能源及削峰填谷等项目中的应用。全钒液流电池,寿命长、规模大、安全可靠的优势尤为突出,可用于建造千瓦级到百兆瓦级储能电站不易燃烧,可实现100%放电,而不损害电池,成为规模储能的首选技术,在调峰电源系统、大规模风光电系统储能、应急电源系统等领域具有广阔的应用前景。钒产业链上游:资源端储量丰富钒在地壳中为第17种常见元素,在地壳中的含量为0.02~0.03%,分布广泛。钒常以钒铁、钒化合物和金属钒的形式广泛应用于冶金、宇航、化工和电池等行业。钒很少形成独立的矿物,主要赋存于钒钛磁铁矿、磷酸盐岩、含铀砂岩和粉砂岩中,此外还有大量的钒赋存于铝土矿和含碳物质中(如石油、煤)。绝大多数的钒供应来源于共伴生矿床:钒产量中大约有71%来自钒钛磁铁矿炼钢后得到的富钒矿渣,18%直接来自钒钛磁铁矿,二者合计达到89%,其他的钒来自钒铀矿、含钒燃油灰渣、含钒石煤、废化学催化剂等等。钒主要以伴生元素赋存于钒钛磁铁矿中:资料来源:USGS全球钒矿储量主要集中在中国、俄罗斯、南非,中国储量占全球的43%。中国的钒矿产量占全球62%。2020年全球钒静态开采年限达到253年,相比于其他金属20-50年的静态开采年限,钒的资源十分充足,其资源储量完全有能力保障需求的数量级增长。中国的钒矿产量占全球62%:资料来源:USGS, 行行查国内钒资源主要以钒钛磁铁矿共伴生存在为主,分布区域主要有四川攀枝花地区、河北承德地区和辽宁朝阳地区。从钒储量来看,四川攀枝花地区的钒资源最为丰富,攀枝花市境内钒钛磁铁矿保有储量达237.43亿吨,其中钒资源储量达1865万吨,约占全国储量的62%,攀钢钒钛是国内最大的钒产品生产商,2020年公司钒产品产量占国内产量的18.75%。具备钒制品(折合V2O5)产能2.2万吨/年,外加托管的西昌钢钒的产能1.8万吨/年,公司实际控制的产能达到4万吨/年。我国主要钒生产企业还包括河钢承德钒钛新材料、川威特殊钢、四川德胜集团钢铁、承德建龙特殊钢等。经历产能出清过后的钒行业集中度提升,竞争格局优化,龙头企业定价权进一步提升。攀钢钒钛行业龙头地位得到强化与巩固,定价权得以进一步提升。钒产业链下游:钢铁为主要应用领域,储能需求高速增长钒的下游包括钢铁与铸造、钛合金、化工以及储能,钒的应用集中在钢铁领域,占比达到85%。储能方面则被用在全钒氧化还原液流电池中。根据Roskill,得益于对螺纹钢标准的执行,中国的钒使用强度已经超过了世界平均水平,正在超发达国家迈进。到2030年,全球钢铁对钒的需求将达到约136000吨,年均复合增长率达到2.7%。“双碳”背景下钢铁行业对钒的需求增量有限。随着储能的高速增长,钒电池有望带动钒需求呈现爆发式增长。Roskill预测到2030年,VRFBs的钒需求将以约56.7%的复合年增长率增长。世界银行预测,到2050年,单是储能领域的钒需求量就可能达到2018年全球钒产量的两倍。钒电池与三极片网站相比的优劣势从成本端来看,与三极片网站相比,钒电池最大的劣势就是成本。随着消费电子和新能源汽车对三极片网站行业的拉动,锂电市场规模急剧扩大,技术不断进步,加上规模效应,带来成本的大幅下降。资料来源:CNKI, 行行查由于尚未规模化商用,且受制于设备、产能以及高额的前期投入,目前钒电池成本约为三极片网站的2-3倍。以当前集装箱交付的价格(含电池包、温控系统、换流系统、消防系统、监控系统等),目前钒液流电池成本达3-3.2元/Wh,对比目前储能锂离子电池成本约1.2-1.5元/Wh,钒电池仍面临巨大的价格压力。全钒液流电池储能系统由电堆、电解液、管路系统、储能变流器等组成,其中电堆和电解液成本占系统总成本的85%左右。随着政策推进,钒电池形成规模化、集群化产业后,电池成本有望进一步下降。全钒液流电池关键技术:资料来源:《全钒液流电池》,行行查相比三极片网站,安全是钒电池最大的优势。与目前储能电站的主流电池——使用非水电解液的三极片网站不同,由于全钒液流电池电解质离子存在于水溶液中,发生过热、爆炸的可能性大大降低,液流电池的安全性能让其在电池领域脱颖而出。另外,不同于锂80%供应在海外,钒的供应大约50%在国内,资源不会受制于人。钒的需求结构一直相对稳定,90%来自钢铁,储能目前只占1%。但是随着储能进入爆发期,2025年占比有望超过15%,2030年有望超过30%。正如2015年的锂钴和2018年的镍的发展格局,新的需求领域带来了新的成长空间。随着储能行业的快速发展,钒产品未来的需求空间打开,钒有望成为继锂钴镍之后能源金属。钒电池放电过程:资料来源:北京普能从钒电池的历史发展沿革来看,钒电池相关研究源于1984年UNSW对2/3价与4/5价钒离子电对在氧化还原电池中的应用,并于1988年开始进入工业研发阶段。1995年,中国工程物理研究院电子工程研究所从率先在国内开始钒电池的研制。先后研制成功了500W、1000W的钒电池样机,成功开发了4价钒溶液制备、导电塑料成型及批量生产、电池组装配和调试等技术。2002年,钒钢龙头企业攀枝花钢铁公司以深化资源利用为目的,与中南大学合作介入了钒电池的研发。2009年,中国普能实现对全球最大钒电池公司VRB Power Systems公司的资产收购,包括其拥有或控制的所有专利、商标、技术秘密、设备材料等。此外,VRB PowerSystems公司的核心技术团队加入合并后的公司。资料来源:行行查从钒电池市场格局来看,目前钒电池市场体量较小,龙头格局未显,产业仍处于发展初期。目前全球范围内研发和制造企业主要包括日本住友电工SEI、大连融科、北京普能、美国UniEnergyTechnologies等。国内钒电池生产企业主要为北京普能、大连融科、武汉南瑞(国网英大子公司)、上海电气及伟力得。根据国家发改委、国家能源局发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》所制定的目标,到2025年新型储能装机规模将达30GW以上,与目前的装机量相比仍有巨大的空间。钒电池由于其寿命较长,安全性较好,其在储能领域的渗透率将稳步提升,2025年钒电池在储能领域渗透率有望达到15%-20%。国家能源集团北京低碳清洁能源研究院储能技术负责人刘庆华表示:“十四五”时期,我国全钒液流电池将迎来非常好的大规模推广时机。随着各地全钒液流电池储能示范项目落地并获得技术验证,未来5年内预计将是全钒液流电池从成熟走向推广的重要窗口期。”

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