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電池儲(chǔ)能技術(shù)使人類能夠?qū)㈦娔芟窦Z食一樣儲(chǔ)存起來(lái)并在生產(chǎn)、生活中隨取隨用。構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，離不開先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的支撐。由中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所等開發(fā)的新一代全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用項(xiàng)目，在科學(xué)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域取得重大突破，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)輸出。該項(xiàng)目由此榮獲2022年度中國(guó)石油(5.280, 0.05, 0.96%)和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。

能源需求呼喚技術(shù)突破

據(jù)中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所副所長(zhǎng)李先鋒介紹，目前電池儲(chǔ)能主要包括鋰離子電池、液流電池、鈉離子電池、鉛酸電池等。“各種電池均有優(yōu)缺點(diǎn)，適合不同的應(yīng)用場(chǎng)景。”李先鋒說(shuō)，其中全釩液流電池可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能、大規(guī)模儲(chǔ)能，具有壽命長(zhǎng)(15~20年)、安全性好、環(huán)境友好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。

據(jù)了解，全釩液流電池在許多領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。全釩液流電池由于自身的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，充電接受能力強(qiáng)，適應(yīng)快速大電流充電及大電流深度放電，比功率大，比能量高，從而實(shí)現(xiàn)“瞬間充電”，可作為電動(dòng)汽車電源使用。在電網(wǎng)調(diào)峰領(lǐng)域，釩電池儲(chǔ)能電站不受地理?xiàng)l件限制，選址自由，占地少，維護(hù)成本低。在風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電領(lǐng)域，全釩液流電池具有壽命長(zhǎng)、效率高等優(yōu)勢(shì)，可有效構(gòu)建動(dòng)態(tài)能源儲(chǔ)存系統(tǒng)。在海島或偏遠(yuǎn)地區(qū)，使用全釩液流電池并配以太陽(yáng)能(7.110, 0.01, 0.14%)、風(fēng)能等發(fā)電裝置，即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電力供應(yīng)，而無(wú)需建設(shè)造價(jià)高昂的常規(guī)電站或架設(shè)輸電線路。全釩液流電池還可為郵電通訊、鐵路發(fā)送信號(hào)、無(wú)線電傳播站等提供供電系統(tǒng)。

“然而，傳統(tǒng)全釩液流電池能量密度較低、成本相對(duì)較高、可靠性有待進(jìn)一步提高。”李先鋒表示，實(shí)現(xiàn)新一代全釩液流電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，成為當(dāng)前能源領(lǐng)域的重大課題。

創(chuàng)新開發(fā)實(shí)現(xiàn)成果落地

中科院大連化物所項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)向全釩液電池儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)起了“沖鋒”。項(xiàng)目開發(fā)之初，一系列技術(shù)難題橫亙眼前：離子傳導(dǎo)膜的傳輸機(jī)理、電極材料的催化機(jī)制、電解液的高低溫穩(wěn)定性機(jī)理;適用于高功率密度電堆的高離子傳導(dǎo)性多孔離子傳導(dǎo)膜、寬溫區(qū)電解液、高導(dǎo)電性雙極板等關(guān)鍵材料設(shè)計(jì)制備技術(shù);還有與上述關(guān)鍵材料相適配的電堆和系統(tǒng)設(shè)計(jì)集成和智能控制技術(shù)……

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持“產(chǎn)、學(xué)、研、用”相結(jié)合的創(chuàng)新開發(fā)機(jī)制，對(duì)全釩液流電池關(guān)鍵材料、核心部件電堆及系統(tǒng)集成等方面開展技術(shù)攻關(guān)，取得了一系列技術(shù)發(fā)明和創(chuàng)新成果，解決了新一代全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中存在的多個(gè)關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問(wèn)題，成功開發(fā)出新一代全釩液流電池關(guān)鍵核心技術(shù)。

據(jù)李先鋒介紹，新一代全釩液流電池采用自主研發(fā)的可焊接多孔離子傳導(dǎo)膜、可焊接雙極板，并由其集成可焊接電堆。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)打破了傳統(tǒng)電堆的裝配模式，大幅提高了電堆的可靠性及裝配自動(dòng)化程度。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，新一代全釩液流電池電堆成本大幅度降低，可靠性大幅度提高。相關(guān)技術(shù)成果達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平。

技術(shù)推廣結(jié)出產(chǎn)業(yè)碩果

實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化推廣的技術(shù)才有生命力。在技術(shù)取得突破的同時(shí)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在積極推動(dòng)成果產(chǎn)業(yè)化，成功與國(guó)內(nèi)開封時(shí)代新能源科技有限公司簽署非排他技術(shù)許可，投資30億元完成第一期300兆瓦時(shí)/年生產(chǎn)線建設(shè)，并集成出首套兆瓦級(jí)新一代全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還與比利時(shí)科爾德集團(tuán)控股EcoSourcen公司簽訂了用戶側(cè)液流電池技術(shù)許可協(xié)議，在歐洲推廣應(yīng)用，首次實(shí)現(xiàn)新一代液流電池技術(shù)向發(fā)達(dá)國(guó)家輸出。中國(guó)液流電池技術(shù)，正為世界“充電”。

近5年來(lái)，依托他們的技術(shù)，國(guó)內(nèi)外實(shí)施了包括全球最大100兆瓦時(shí)/400兆瓦時(shí)全釩液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站在內(nèi)的20余項(xiàng)商業(yè)化應(yīng)用示范項(xiàng)目，累計(jì)裝機(jī)容量超過(guò)550兆瓦時(shí)，新增銷售額超34億元，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，推動(dòng)了液流電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

“這些技術(shù)成果的落地，帶動(dòng)了儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)上下游行業(yè)發(fā)展，形成了良好的儲(chǔ)能集群效應(yīng)。”李先鋒說(shuō)。

2015年至今，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)共申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利300余件，授權(quán)120余件，技術(shù)覆蓋液流電池關(guān)鍵材料、核心部件和系統(tǒng)等各方面，形成了完善的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。同時(shí)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)牽頭制訂并發(fā)布了首項(xiàng)液流電池國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，先后制訂液流電池標(biāo)準(zhǔn)22項(xiàng)。近5年來(lái)，他們牽頭制訂首批液流電池國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)13項(xiàng)，提高了中國(guó)在液流電池技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際話語(yǔ)權(quán)和影響力，并為國(guó)內(nèi)外液流電池產(chǎn)業(yè)化起到了引導(dǎo)規(guī)范作用。

從2000年做出第一塊單電池至今，大連化物所全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)已走過(guò)23年發(fā)展之路。在項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的努力下，懷著用中國(guó)液流電池技術(shù)為全世界“充電”的夢(mèng)想，這條路正越走越寬。

原標(biāo)題：中國(guó)液流電池技術(shù)：為世界“充電”