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  新一轮能源革命的焦点为可再生能源发电与规模储能,在众多电化学储能手艺中,由于钠离子电池具有资源丰富、低成本、高平安、转换效率高、天真利便易于集成、响应速率快、免维护等优点,因此是规模储能的理想选择之一。

  ——胡勇胜 中国科学院物理研究所研究员、中科海钠创始人兼董事长

  ◎实习记者 于紫月

  日前,中国科学院物理研究所孵化的高新手艺企业中科海钠科技有限责任公司(以下简称中科海钠)、华阳新质料科技集团有限公司与山西转型综合改造树模区治理委员会签署合约,将在太原建设年产2000吨钠离子电池正负极质料生产线。

  2月20日,中国科学院物理研究所研究员、中科海钠创始人兼董事长胡勇胜在接受科技日报记者采访时示意,我国钠离子电池不论是在质料系统和电池综合性能等手艺研发方面,照样在产业化推进速率、树模应用、专利结构以及尺度制订等方面均处于国际前列,已具备了先发优势。

  新能源新星正在产业化路上加速

  煤炭、石油、天然气等化石能源的开发令人类社会迅猛生长,而现代非化石能源的提高,也正引发新一轮能源革命。这一次,主角会是谁?

  锂离子电池的呼声很高。然而,当锂离子电池在我国越来越多的领域中大规模使用时,一个无法回避的问题也让人越来越担忧——我国的锂资源高度依赖入口。有需要开发不依赖于有数资源、成本较低的储能电池手艺。

  与锂离子电池手艺最靠近的钠离子电池最先崭露头角。近年来,拥有自主知识产权的相关功效不断涌现,以钠离子电池为“心脏”的智能电动自行车、低速电动车、家庭储能柜、储能电站、园区/景区旅行电动车等相继问世,许多功效在国际上均为首次公布。

  在科技部高手艺研究生长中央近期组织的“2020年度中国科学十大希望”评选中,钠离子电池研究入选30项候选功效。

  作为新能源的一颗新星,钠离子电池正在产业化的道路上加速向前,或成为我国引领新一轮能源革命的时机。

  “钠”士招贤填补“锂”所不逮

  全球局限来看,锂资源漫衍极不平衡,约70%漫衍在南美洲。现有数据显示,现在我国80%的锂资源依赖入口。

  “锂离子电池虽然已成为占有全球电化学储能规模市场80%份额的‘绝对一哥’,但其资源的稀缺性和较高的成本,导致其产业大规模生长面临天花板。”胡勇胜在接受科技日报记者采访时示意。

  若何破题?找出平价替代品是当务之急。

  因此,与锂离子电池具有相同事情原理和相似电池构件的钠离子电池迎来了大好的生长时机。

  与锂离子电池类似,钠离子电池依赖钠离子在正负极之间可逆脱出和嵌入实现电能的存储与输出。

  钠资源在地壳中的储量极其丰富,地壳丰度是锂的1000倍以上。钠离子电池在成本方面已经展现出显著的优势,若是储存相同的能量,成本会比锂离子电池少30%左右。由于电池结构相似,现有的大部门锂离子电池生产装备可直接投入到钠离子电池生产中,在成本控制方面更进一步。

  在产业化历程中,价廉很主要,但物美更主要。胡勇胜告诉科技日报记者,钠离子电池的综合性能显示出多重优势。

  随着研究的不断深入,研究者发现钠离子电池具有较好的功率特征、宽温度局限适应性、平安性能和无过放电问题等优势。另外,钠离子电池的正负极均可接纳铝箔集流体,从而可进一步提升钠离子电池的能量密度,使钠离子电池向着低成本、长寿命、高比能和高平安的偏向迈进。

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  胡勇胜举例,现在常用的手机锂离子电池约莫一个小时才气充满电量,而钠离子电池用十几分钟甚至更短时间就可以充满。冬日锂离子电池因低温“歇工”征象频见报道,而钠离子电池在低至-30℃、高至80℃的环境中,其放电特征依然很好,足见其环境友好之特征,十分“皮实”,经得起折腾。“我们做过试验,用钢针刺入钠离子电池,人为使其短路,发现没有起火或爆炸。”

  廉价、“皮实”、平安,未来钠离子电池很可能成为锂离子电池的主要弥补手艺。

  打破手艺瓶颈拓宽应用局限

  正极、负极、电解液是钠离子电池的三大要素。其中,大部门正极质料面临稳定性差、循环寿命短、成本较高等瓶颈问题。

  为解决这些问题,胡勇胜科研团队绕过了锂离子电池常用正极质料中的高价钱元素镍、钴等,使用铜、铁和锰等对照廉价的常见元素,研究出一种低成本、高稳定性、长寿命的钠离子电池层状氧化物正极质料系统。

  此前,该团队与国际学者互助,首次在《科学》杂志上揭晓了有关钠离子电池正极质料的研究功效。

  依托物理所钠离子电池手艺团队,中科海钠于2017年建立,成为那时海内首家专注于钠离子电池研发与生产的高新手艺企业。现在,中科海钠已获得2次融资共计5800万用于中试手艺开发,已建成钠离子电池正负极质料百吨级中试线及百万安时电芯线,研制出软包、铝壳及圆柱电芯等诸多产物,能量密度在100—150瓦时每千克之间,是铅酸电池的3倍以上,循环寿命跨越4500次。前不久,北京市科委科技协作中央组织专家组对其负担的课题举行验收,专家组给出的评价是:相关手艺指标到达国际领先水平。

  2017年年底,该团队研制出48V/10Ah钠离子电池组应用于电动自行车;2018年,该团队研制出72V/80Ah钠离子电池组,推出全球首辆钠离子电池电动汽车。

  据悉,该团队已经在正极、负极、电解质、添加剂、黏接剂等要害质料方面获得了中国发现授权专利20余项(部门专利获得美国、日本和欧盟授权),在《科学》《自然》子刊等学术杂志揭晓论文100余篇,被引用跨越1万次。

  这些科研功效将会同样饰演引擎角色,陆续在中科海钠等一系列孵化企业中举行转化,为钠离子电池的商业化生长提供不竭动力。

  在规模储能上被寄予厚望

  气候变化是人类面临的全球性问题,我国由此提出了2030碳达峰和2060碳中和目的,这也意味着中国经济社会将迎来周全低碳变化。

  2017年,中国工程院院士陈立泉就提出了“电动中国”的构想。这与我国构建全球能源互联网,以清洁和绿色方式知足全球电力需求的提倡不约而同。

  那么,问题来了。

  太阳能、风能是发生电力的主要可再生新能源,但它们具有随机性、间歇性、波动性等特点。太阳能光板在晴天、白天时能发电,但阴天、夜晚时就“歇菜”了。风能发电也跟风力和天气息息相关。然而,现如今我们却一刻都不能脱离电,断然无法忍受只有天气“给力”才有电的日子。

  这就迫切需要大规模储能装置,主要是储能电站,将富余的电能储存起来,在发电不足的时间用,保证电力平稳供应。

  现在储能树模电站中,锂离子电池是“一哥”,但由于前文所提及的种种限制,锂离子电池无法同时支持电动汽车和规模储能两个伟大市场,因此陈立泉院士以及胡勇胜研究员等人,都在钠离子电池身上寄予厚望。

  2019年,中科海钠推出全球首个100千瓦时钠离子电池储能电站,首次实现了钠离子电池在大规模储能上的树模应用。

  “碳达峰、碳中和是我国的庄重答应,是我国引领第三次能源革命的时机。”胡勇胜指出,新一轮能源革命的焦点为可再生能源发电与规模储能,现在前者已靠近成熟,而后者还在生长之中,在众多电化学储能手艺中,由于钠离子电池具有资源丰富、低成本、高平安、转换效率高、天真利便易于集成、响应速率快、免维护等优点,因此是规模储能的理想选择之一。

  由于伟大的储能市场及产业需求推动,连系我国完善的锂离子电池产业链,钠离子电池已然具备了在我国率先实现产业化和商业化的条件。

  “信赖在我国各级 *** 的顶层计划及相关政策大力支持之下,在产、学、研协同创新之下及社会资本的推动之下,钠离子电池必将为实现碳达峰、碳中和目的而施展主要作用。”胡勇胜说。

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