《储能新力军:锌电池》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2021-12-31
  • 全国博士后创新创业大赛于12月18日开幕,以“博采科技精华 创新引领未来”为主题,共设创新赛、创业赛、海外(境外)赛和揭榜领题赛等四个组别,约1400个项目以路演和答辩为主要展示形式,线下现场赛和线上云参赛相结合,经过3天的激烈角逐,四个组别共产生57个金奖、91个银奖、125个铜奖。

    其中,有几个课题引起了星空君的高度注意。

    一个是中国科学院物理所的金奖项目:硅基负极—长续航锂电必然选择;一个是宁波材料所的高混燃料电池电堆产业化项目;一个是中国科学院物理所的锌基储能电池。

    在高性能电池方面,目前锂电池具有强大不可超越的优势。

    但是,随着双碳的进展,储能电池的需求量越来越高。风光水电的成本都已经接近甚至低于火电,但却缺乏一个火电最大的优势:火电可以做到什么时候需要什么时候烧煤。

    风光水电只要启动,就无法停下来,那怎么办?储能,存起来。储能需要电池,当前应用最广泛的是锂电,也有部分企业(比如宁德时代)生产钠电池做储能。

    和动力电池不同的是,储能电池对体积的要求不是非常高,只要能够满足基本要求,稍微占地方也没有关系。除了钠电池,镁电池、锌电池都有了技术上的积累。

    和锂电池相比,纳、镁、锌都有着这样或者那样的不足,但却有一个最大的优势:资源充沛。

    因此,不管锂电池发展多快,作为“备胎”,纳、镁、锌电池都会有持续不断的投入研发,尤其是应对储能。甚至,在能量密度达到一定程度后,还可以应用在电动自行车等低速交通工具上。

    今年上半年,由天津大学电化学储能团队研发的水系锌基电池光储充一体化项目在温州乐清湾港区海洋经济产业科技孵化园日前完成投运和验收。

    投运的光储充一体化项目的核心——50千瓦/105千瓦时储能系统由2944节新型水系锌镍电池电芯组成,标志着水系锌镍电池在国内储能领域的首次应用。

    该电池由于采用水系电解质,具有高安全性,适合规模储能领域中的应用,还具有低温性能优异、支持快速充放电等特点,可应用于电网侧储能,太阳能和风能的并网,以及通信、UPS等后备电源系统。

    不过,由于尚未规模化产业化,锌电池相关的企业并不多,主要还处于科研和商用的交接阶段。将来各种储能电池有望爆发式成长,届时会有行业巨头成长起来。

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    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
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    • 世界各地的科学家都在寻找后锂存储技术,而锌空气电池就是一个有趣的选择。然而,这些储能系统仍然面临着化学不稳定的问题,最终导致电化学不可逆的破坏。   纽约州已签署一项协议,从加拿大公司Zinc8 Energy Storage采购新的100 kW / 1 MWh锌空气电池。该储能设备将安装在纽约西部一个尚未确定的站点的仪表后方,该站点可以从硬件中受益,例如“市政大楼或大学校园或大学中的大楼”。   Zinc8的首席执行官认为该系统可能在未来几年内升级到1 MW的功率。   该公司的网站声称其目标安装成本为$ 45 / kWh。为了进行比较,Bloomerg NEF最近报告称,电池价格已下跌87%,从2010年的1100美元/千瓦时降至2019年的156美元/千瓦时,预计到2023年将接近100美元/千瓦时。Zinc8表示要达到45美元/千瓦时的价格,相对于瞬时功率,产品尺寸必须具有超过八小时的容量。   来自明斯特威海尔姆大学MEET电池研究中心的孙伟领导的一组研究人员希望通过使用基于非碱性、水性电解质的创新电池化学来克服传统锌空气电池的技术弱点。   上海复旦大学、武汉科技大学、马里兰大学和美国陆军研究实验室也参与其中,他们的研究成果已发表在《科学》杂志上。孙伟解释说:“我们创新的非碱性电解质为锌空气电池带来了以前未知的可逆过氧化锌(ZnO2)/O2化学反应。”   迄今为止使用的传统电解质是强碱性的。新的电池化学成分是基于三氟甲磺酸锌的盐,据称它有几个优点,孙先生表示由于锌阳极具有更高的化学稳定性和电化学可逆性,因此使用效率更高。   用这种化学方法开发的锌空气电池可以稳定运行320个循环和1600个小时。在电化学和分析技术的帮助下,通过多尺度的模拟计算,系统地研究了氧化锌(ZnO2/O2)电池化学成分的影响和疏水的三氟甲磺酸阴离子的作用。
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    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-10-30
    • 日前,瑞典皇家科学院将诺贝尔化学奖授予对锂离子电池发展作出突出贡献的3位科学家。其中,惠廷厄姆采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成世界上第一块锂离子电池。古迪纳夫经过反复实验与验证,发现钴酸锂比硫化钛更适合储存锂离子,进而显著提高电池的电压平台。吉野彰在此基础上,采用锂离子代替纯锂,提升了电池的使用安全性,从而使锂离子电池具备实际应用条件。 之所以被称为锂离子电池,是因为无论在电池正负极还是在电解质中,锂都是以离子形式存在。与其他储能电池相比,其突出优点在于单位体积的储存能量高,没有记忆效应,充电前不必顾及电池的用电深度,同时,能量转换率高、自放电率低、使用寿命长等。随着日本索尼公司生产的锂离子电池于1991年投入市场,锂离子电池迅速实现大范围应用,是目前便携式电子设备、新能源汽车、智能电网等的主流储能形式。 由于特有的技术优势,锂离子电池目前广泛应用于军事领域,成为军事作战中不可或缺的能量来源。 军事基地储能。高原、边防、海岛部队距后方基地远,能源补给线长,开发利用风能、太阳能等可再生能源成为必然趋势。采用锂离子电池储能,不仅可解决可再生能源发电间歇性和稳定性差等问题,还具备削峰填谷等功能,是解决偏远军事基地能源保障的关键技术。但目前锂离子电池在大规模储能应用方面存在安全性较差的问题,遭到火力打击时,容易冒烟、起火,甚至引起爆炸。 野战供电。采用锂离子电池的方舱式储能系统没有柴油发电机噪声大、红外特征明显等问题,显著增强了电能保障的隐蔽性和生存能力。但针对野战供电环境,锂离子电池存在低温性能差等问题,如在-40℃条件下,电池的充放电容量不足室温条件下的一半。 高能武器电源。电磁炮、激光、高功率微波等新型高能武器装备运用越来越广泛,定向能武器输出功率越来越大。锂离子电池以优异的倍率充放电能力可用于高能武器的电源。不过,随着高能武器小型化的发展趋势,现有锂离子电池的体积功率密度仍需进一步提高,以满足车载和机载武器小型化、轻量化要求。 无人装备动力源。目前主流的小型和微型无人装备均采用锂离子电池作为其主要电源。但以锂离子电池为动力源的无人机,续航时间通常在半小时左右,是制约军用无人装备实战化应用的最大问题。 单兵电源。随着单兵装备信息化、可视化以及智能化趋势加快,对电能的需求急速增加。锂离子电池是目前各国单兵装备的主力电源。不过,随着单兵和班组作战信息化程度不断提高,士兵在执行任务过程中,不得不携带更多电池。目前高能量密度的电源是制约未来士兵连续作战的瓶颈技术。 因此,未来锂离子电池的研究将集中在以下几个方向。 一是高能量密度。随着能量密度不断提高,相同体积或重量条件下电池所蕴含的能量更大,可全面提升无人机、水下潜航器、单兵装备等的续航时间与续航里程。二是高安全性。通过采用固态电解质代替传统可燃有机电解液,锂离子电池具有更高安全性,在遭受炮火打击后不会引起二次爆炸,满足大型军事基地、储能方舱等对大容量、高安全储能的需求。三是高环境适应性。提升低温条件下锂离子在电极材料中的扩散能力以及电解液的电导率,使电池能够在严寒条件下正常充放电,从而有效增强野战电站和武器装备等的全域作战能力。四是高功率密度。通过开展相关研究,使锂离子电池的快速充放电性能不断提高,从而满足新型武器能量瞬时释放的脉冲功率需求。 能源是现代战争的物质基础和动力源泉,从大型军事基地到单兵班组,从空天飞行器到水下装备,锂离子电池发挥着非常重要的作用。随着关键技术的不断突破,锂离子电池在军事领域将有更广泛的应用前景。