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《2020年锂离子二次电池将突破3335亿元！》

  • 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：2020-03-19

  • 富士经济预测，锂离子二次电池世界市场在2020年将突破5兆日元(约合人民币3335亿5千万)，2023年将达到8兆8239亿日元(约合人民币5869亿6千万)，其中xEV(电动车/混合动力电池)将达到6兆2641亿日元(约合人民币4202亿1千万)。

    小型民生用电池市场方面：电子产品的锂电池趋于饱和，但是穿戴设备、蓝牙耳机等需求仍在增加。充电式电动工具在中国的生产比例上升，中国电池厂商将采用中小容量锂电池。此外中国的E-bike采用新标准，车体应低于55kg，更轻的锂离子二次电池市场有望扩大。

    xEV用电池市场方面：由于环保限制和鼓励政策推行，电动汽车和混合动力汽车的市场将扩大。但是中国2020年的新能源车补贴金额相较2019年大幅度缩水，市场增长不明朗，而且中国补贴政策保护本国企业，停止补贴后日韩动力电池制造商将在中国市场发力。欧洲由于实行严格的二氧化碳排放标准，电动汽车和混合动力汽车需求会增加。

    ESS(电力储能系统)/UPS(无间断电源)/BTS(移动电话用基站)用电池方面：ESS会随着世界再生能源发电系统的建设需求不断增加。韩国表示在2020年之前将可再生能源电力比重提高到20%，欧洲和北美的需求也会扩大。此外，美国的加利福尼亚州规定2020年后新建住宅强制安装太阳能发电系统，ESS需求也会增加。UPS/BTS用电池会从铅蓄电池向锂离子电池转化，特别是随着5G系统的建设，BTS的需求会不断增加。

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  • 《总结 | 2020年电池领域的十大科技突破》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2021-01-13
    • 锂离子电池的发展是现代世界发展进步的推进器，人们对如何提高电池性能保持着高度关注，科研人员正在不断探索各种途径来优化电池的性能。无论是制造世界上最快的电极，用核废料制造电池部件，还是借助声波防止火 灾危险，在2020年，科学家向我们展示了开发下一代储能技术方面他们是多么富有想象力。 科研人员探究了很多改进电极性能的方法，比如，添加少量的石墨烯使电解质变得更加硬固、先进的材料是如何实现电池快速充电或提供更高的能量密度。。外媒Newatlas网站评选出电池领域的十大科技突破，下面和锂电前沿小编一同看看这些研究的亮点以及一些颠覆性、跳脱于常规思维定式的电池设计？ 今当电池计及化学行业发展是受高度关注的科研领域，在2020年间科研人员提供了许多改进设备的方法，且这些设备将会在未来的几年内得到改进。 锂金属材料的开发和应用 通过引入新材料来提升电池性能有很多的选择，其中一种选择是具有巨大的开发潜力锂金属。有人把锂金属描述为一种“梦幻材料”，用锂金属作为阳极来代替目前使用的石墨和铜，可以显著提高电池的能量密度，使电池能够工作更长的时间以及储存更多的能量。 但使用锂金属最大的问题是安全性。当电池充电时，锂金属表面会形成树突状锂枝晶，进而导致电池短路、起 火，最终导致设备故障。在2020年有一些解决这个问题的新方法，其中一个是华盛顿州立大学教授Min-Kyu Son，他们防止锂枝晶形成的方法是在阴极和电解质溶液中加入某种化学物质，在锂金属阳极表面形成保护层，使其在500次的充放电循环中保持稳定。值得一提的是，这个过程可以集成到现有的制造程序中，以便于大规模生产制造。 无枝晶的固态电池 12月，加州电池制造商QuantumScape公布了用于电动汽车的固态锂金属电池的一些性能数据。数据显示：一辆平板电动车能在短短15分钟内就可以充电到80%。该公司声称可以做到部分原因是：使用了固体电解质而非液体电解质，以及由锂金属制成的阳极在充电时，这种阳极会自身形成隔离物，有效避免了枝晶问题。 这种电池具有出色的能量密度，大约是特斯拉3型锂电池的四倍，容量为1千瓦时/升。在重量方面，这款电池还提供了380至500瓦时/公斤的电量，超过了特斯拉电池组的260瓦时/公斤。研究还发现，这种电池在经过800次循环后仍能保持80%的容量，在电池寿命和安全性方面同比其他电池更为优越。 声波方面的探究 今年2月，加州大学圣地亚哥分校的一组研究人员探索出了一种颇具想象力的方法来防止锂金属电池中的枝晶生长。该研究小组制造了一个微型超声波装置，并将其整合到锂金属电池中，使其能够通过液体电解质发送高频声波，使其流动平缓，这将有助于在阳极上形成整齐、均匀的锂分布，而不是形成导致枝晶生长的不均匀团块。在测试中，这种配备了超声波的电池可以在10分钟内从0%充电到100%，并在250次充电循环中保持稳定，再次预示着锂金属电池的安全性提高。 一种快充电池 德州农工大学的科学家展示了一种装置，这种装置采用了由碳纳米管制成的微小支架作为阳极，这是科学家们就如何实现锂金属电池的又一个例子。这些分子与锂离子结合在一起，有助于避免在表面形成树突。 虽然这种设计在安全性方面与传统设计相差无几，但这种电池结构也被证明了这种电池能够产生更大的电流。事实上，它的体积要比传统电池大得多，以至于研究小组报告说，这个装置能处理的电流是传统电池的五倍，这就提供了一种电池能短时间充满电的研究方向。 添加硅元素 虽然锂金属作为一种阳极材料具有很大的潜力，但其他金属也具有可开发的前景。硅就是其中之一，它的锂离子储存能力是当今石墨和铜的四倍，但容量往往会迅速下降。 在六月份，韩国科学技术研究所的科学家们使用了一种称为锂预加载的技术来提高电池的寿命，这包括将硅阳极浸入一种特殊的溶液中，使电子和锂离子渗入电极，以弥补循环过程中的损失。 大多数硅基负极在最初的充电循环中锂离子流失超过20%，而这种新阳极在测试过程中流失不到1%。它的能量密度也比市面上的同类产品高出25%。 微波和盐的开发和应用 另一种具有巨大潜力的电池化学物质是钠离子，但原因截然不同。锂金属比较稀有，开采锂成本高昂，而且对环境有害。而世界上盐的来源广泛，可以有机会转化成成本更低的电池，应用于电网等。在四月份，电池的一个重要部件被发现可以同样从丰富的材料中获得。 Purdue大学的科学家们能够从可回收的PET塑料还原成薄片，然后用超快微波辐射处理，使其变成一种被称为对苯二甲酸二钠的物质，这种有机小分子有着优异的电化学性能，长期以来一直被认为是一种潜在的阳极材料，研究小组称它是钠离子电池组件的一部分。 首席研究员维拉斯•波尔说：“源于社会对气候变化和能源资源限制的关注和日益增强的意识，我们正在解决可再生能源转换和储存激增的问题。” 来自海洋的灵感 为可再生能源提供电网规模存储解决方案的另一种替代电池设计是氧化还原液流电池。这些装置不是将能量储存在电池内部，而是将能量储存在巨大的外部槽中的液体电解质中，这意味着通过增大槽的尺寸可以增加储存潜力。 今年6月，麻省理工学院的一个研究小组演示了如何用更可持续的材料制造这些电池的关键构件。几丁质是一种类似纤维素的多糖，存在于虾壳中，研究人员能够将其与毛毡结合使用，为具有更高能量密度的氧化还原液流电池制造电极。 这项研究的资深作者弗朗西斯科•马丁•马丁内斯说：“它的好处不仅在于其良好的性能，而且在于起始材料的低成本，并且考虑了废物的再利用，这使得电极更具有可持续性价值。” 充分利用地心引力 大规模储存可再生能源的另一个解决办法可能在于重力的利用。苏格兰公司Gravitricity正在开发一种新型的储能系统，它由巨大的砝码、强大的绞盘和缆绳组成。能量来自于重物从一根转动绞车并发电的轴上落下。 在短短的15分钟内制造出的能量，可持续输出功率长达8小时，峰值输出之间的1至20兆瓦。这将是一个低成本、可持续的能源解决方案，该公司正在加紧建设一个原型系统，这将在2021年底于爱丁堡完成测试。 利用石墨烯增加硬度 在六月份，另一种固态电池的研发受到高度关注。一般来说，将液体电解质换成固体电解质，以获得更高的能量密度，但这通常就会导致电池的破裂和被腐蚀。 布朗大学的一个研究小组通过研究石墨烯材料来寻求解决此问题的方案，他们将少量石墨烯添加到陶瓷材料中，形成一种新型固体电解质，他们声称这种电解质是迄今为止最坚硬的。这项研究的新奇之处在于石墨烯具有很高的导电性，这对于电解质来说并不是一个好的性能指标，但是他们将石墨烯的浓度保持在足够低的水平，找到了一个阻止石墨烯导电的最佳点，并且仍然能够提供很高的硬度。 世界上最快的电极 所有的电池都有一对电极，即阴极和阳极，电流通过它们流动，而这些通常都是杂乱无章的结构，离子需要携带电荷在复杂的环境下运动。超级电容器制造商Nawa在10月份推出了自己的电极设计，提供了一种更为快捷的离子传输通道。 这种电极由一个垂直排列的结构组成，类似于梳子的结构，1000亿个高导电性的碳纳米管竖立在螺栓上，并涂上活性材料，如锂离子。这等于为移动的离子创造了一条高速公路，使它们能够以更方便的方式进出电池。 实际上，该公司表示，它的电极可以将电池的充放电效率提高10倍，可实现在5分钟内实现0-80%的充电。与此同时，能量密度可能会跃升两到三倍。 Nawa表示：其生产这些电极的工艺成本低廉，并有信心与现有的电极相比更具有成本竞争力。该公司预计，这项技术将于2022年开始进入市场，到2023年后能开发出更加先进的技术系统。目前，该公司正与多家汽车公司就此展开商谈，在法国已经找到了大客户Saft。
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  • 《氢能超12万亿元市场中燃料电池将率先发力》
    • 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：2020-10-29
    • 多煤少油缺气”是我国能源结构的现状，一直以来，如何摆脱对煤、油的过分依赖是我国能源应用中的一大痛点。诸如光伏、风能等皆是为解决该问题而做出的尝试。10月22日，同济大学国家智能型新能源汽车协同创新中心主任余卓平教授在2020浦江创新论坛成果发布会上介绍了一种新可能：氢能。 “我国是世界最大的产氢国，如果未来能好好发展氢气，对我们国家的发展会非常有利。”余卓平指出。2019年，中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》曾预计，到2050年氢能在中国能源体系中的占比约为10%，年经济产值超过12万亿元。 上述会议现场发布的《氢能源未来发展趋势及研发应用》显示，现阶段氢能价值链还相对较小，未来会率先在商用燃料汽车领域取得商用突破。“上汽、潍柴动力、东风、长城等自主品牌均已布局燃料电池，上汽的燃料电池堆已达国际先进水平、自主车型正走向市场。”余卓平对《科创板日报》记者称。 为什么是氢? 到2050年氢能在中国能源体系中的占比约为10%，这一数字意味着什么?余卓平指出，目前，石油在能源体系中所占的份额在10%+，换言之，到了2050年，氢能或能部分取代石油。 “其实，从国际上来看，国际氢能委员会预计这一比例会达到18%。”余卓平称。之所以看好氢能，乃是因为一经跨过技术使用门槛后，氢能的使用效率会远高于风能、光伏等新能源。 “我们国家发展风、光等可再生能源的速度非常快，但可再生能源大规模的应用一直受到制约。”余卓平指出，他曾到西部光伏电站做过调研，看到光伏电站的上网率在某些时段内会被控制在20%。 “也就是说可以发100%的电，但是只允许20%的电上网。可再生能源的电无法储存，受到电网不匹配、不稳定性等限制，这限制了能源的使用。”余卓平表示。但如果把可再生能源和氢能结合，就能解决这些问题。 此外，氢具有自身独特的优势，比如，它的使用是清洁无碳的;使用效力也远高于柴油、汽油等能源;应用场景也可覆盖汽车、轨道交通、船舶、无人机等。 现阶段利用有限 目前，全球各国的氢能使用仍然有限。“在国内，现阶段的氢能价值链还不能称之为‘氢能’，更多是被定义为一种危险的化工品，主要来自炼钢副产品、化工副产品。”余卓平称，在使用时，这些氢还需要经过特殊的技术处理，此外还存有安全性等挑战。 他进一步指出，直接由石化能源分解而来的氢气被称之为“灰氢”，而后还需使用碳捕捉处理技术，将多余的碳捕捉，进而实现废碳的再应用，经过这样一轮循环的氢，称为“蓝氢”。 “现在碳捕捉处理技术技术逐渐在成熟，但是捕捉下来以后的废料如何处理仍是一个难题。”余卓平表示。此外，欧盟还提出了绿氢的新概念。 持续看好燃料电池 余卓平指出，化工原料、航空航天、钢铁冶金、储能、加氢站、燃料电池发电供热、燃料电池汽车均是氢能的下游应用。其中，他最为看好燃料电池汽车。 一是基于市场规模。余卓平称，从纯电动、混合动力汽车的情况来看，其50%的产量、50%的市场均在中国，因此，燃料电池汽车的市场潜力亦颇被看好。同时，全国各地方政府投入积极，纷纷出台了地方发展氢能战略，从具体措施来看，全国各地加氢站已超过90座。 二是技术壁垒逐渐形成。“上汽、潍柴动力、东风、长城等自主品牌均已布局燃料电池，而上汽走在了最前列，其燃料电池堆PROME M3H的整个系统完全自主研发，59个一级零件全部国产化，余卓平称。 三是区域的产业集群正在形成。“我们国家东部主要的经济发达地区在氢能的发展上的规划是最积极的。”余卓平表示，他已向上海市政府推荐，把国产燃料电池汽车作为网约车推广应用。
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