当前位置: 首页 > 新闻资讯  > 电储能 > 钠硫电池

钠硫电池、热储能供暖调峰、液态金属储能等项目成果公示

作者:中国储能电站网 来源:中国科学院合肥物质科学研究院 时间:2018-08-21 浏览:

中国储能电站网讯:中国科学院合肥物质科学研究院近日公开4项储能相关科技成果,包含固体物理研究所的高性能钠硫储能电池、等离子体物理研究所的“智慧储能”和新型液态金属储能电站系统,以及等离子体物理研究所的石墨烯燃料电池关键材料项目,未来有望实现成果转化。

固体物理研究所的高性能钠硫储能电池,Na-β-Al2O3陶瓷隔膜制备技术已达到国际先进水平,目前处于组装商业化(工业化)钠硫电池中试阶段,最终将实现钠硫电池及其电池组的转移转化与产业化。等离子体物理研究所的“智慧储能”不但可应用与电能替代,还可应用于风电供暖及电网调峰;新型液态金属储能电站系统待突破新型储能电站设计与关键技术、建成50MW储能电站中试系统,完成液态重金属关键设备制造,两项均已成熟待产业化。等离子体物理研究所的石墨烯燃料电池关键材料项目,探索应用等离子体法制备石墨烯的新方法、以石墨烯为电极材料组装燃料电池,使其特性几倍于当前商用电池,目前处于小试阶段,待与企业联合开发。

几项科技成果详细公示内容如下:

1 高性能钠硫储能电池

所处阶段: 中试

成果来源:固体物理研究所

必要性及需求分析

能源和环境是人类跨入二十一世纪所面临的两个严峻的问题。发展节能、储能技术以及开发新型零排放的动力蓄电池替代传统燃油发动机,已经受到全球各国政府的广泛关注。采用Na-β-Al2O3陶瓷作为隔膜部件的高能量高放电电流密度电池(Na/S电池),同时具有高功率密度、长循环寿命、无自放电现象、100%的库仑效率以及其本身活性物质无毒无害等突出优点,是先进的高效和绿色环保能源, 作为能量存储用于削峰填谷以及纯电动/混合动力汽车电源,有难以匹敌的优势和广阔的应用前景。

钠硫电池运行在高温(270至350℃), 负极活性物质为熔融金属Na, 正极活性物质为熔融的单质S, 正负电极间采用固体电解质β-Al2O3,理论比能量为760Wh/kg, 电源电动势为2.076V。作为电池的隔膜,至今研究表明β-Al2O3陶瓷难以被其他材料代替。由于Na/S电池能否研发成功以及其性能好坏,完全决定于钠离子导体β-Al2O3固体电解质的获得及其性能优劣,因此高性能的β-Al2O3固体电解质的获得是制造该类电池的技术前提。实际上,高性能β-Al2O3固体电解质管的制备技术是制造该类高温电池的技术瓶颈。从电池结构的特点可以看出,高活性钠和高腐蚀性S及多硫化钠(放电产物)储存和密封也是必须解决的关键技术问题,否则它们会直接影响电池的寿命及安全性。

中科院固体物理研究所成功突破了制备β-Al2O3陶瓷技术,掌握了动态烧结技术和批量化静态烧结技术,达到国际先进水平。成功地进行了陶瓷玻璃封接、金属与陶瓷连接。目前正在组装商业化(工业化)电池,实现客户需求的电池组。

目标及主要任务

(1)目标

突破高钠离子电导率、高力学强度、大尺度β-Al2O3陶瓷管制备技术,同时突破Na/S电池密封技术和抗活性物质腐蚀技术,研发出高可靠性大容量的Na/S单体电池,实现电池组演示。

(2)主要任务

- β-Al2O3陶瓷管制备中性能控制的稳定性与量产的关键技术研究和相关设备的研发。

- 金属-陶瓷间的密封技术路线的优化以及相关设备的研发。

- 钠硫电池正极罐内壁防腐蚀镀层性能的优化以及正极室内阻的减小。

- 单体电池整体结构优化及对应组装过程的优化及相关装置的研制。

- 单体电池性能测试和性能评估。

- 电池组恒温箱的设计及电池组安装与温度、电压等的自动控制。

现有工作基础

突破了制备Na-β-Al2O3陶瓷技术,掌握了动态烧结技术和批量化静态烧结技术,达到国际先进水平。成功地进行了陶瓷玻璃封接、金属与陶瓷连接、金属防腐处理。目前正在组装商业化(工业化)电池,对其性能进行评估。

预期经济和社会效益

钠硫电池高的比能量密度(单位质量)、高能量密度(单位体积)、长循环寿命以及维护简单等优点,作为EV电源可以实现真正的零排放,如果用于轿车和公共交通,必将大大缓解我国城市日益严重的环境污染问题。有关发展我国的储能技术的意义在此也不必赘述。大家知道,我国城市,特别是大、中型城市,在盛夏和严冬季节,经常要拉闸限电,这不仅妨碍工业生产也严重影响城市居民生活。如果采用Na/S电池组储能系统就可以将夜间的多余电能储存起来,在用电高峰释放,获得”削峰填谷”效果,从而达到改善电力分布、提高电力供应质量和缓解电力供应紧张局面的目的。另外在我国的西北和南方沿海地区,风能和太阳能资源非常丰富,但这类可再生能源受天气和季节的影响非常大,遇到阴雨天和无风天气,则会造成电力供应紧张甚至中断,给广大使用该类可再生能源的用户(在西北大多是偏远贫困地区)造成生成和生活的严重影响。正由于这种电力供应的不稳定性,据报道目前我国70%以上的风力电站所发的电不能(允许)入网,给国家和相关众多企业造成巨大损失。显然,钠硫电池组储能系统如果与风力和太阳能发电站连接,将会从根本上解决该类可再生能源供应中的电力涨落问题,从而发挥巨大的经济和社会效益。

实施方式(模式)

拟研制10KWh演示电池组,对其进行全面评估,为产业化实施准备基础,最终实现钠硫电池及其电池组的转移转化与产业化。

附件:图片

2 “智慧储能”——实施电能替代的关键技术支撑

所处阶段:成熟待产业化

成果来源:等离子体物理研究所

必要性及需求分析:

随着经济发展和人口增加,能源短缺、气候变化等问题日益突出。尤其近几年我国大部分省份冬春季频繁发生严重雾霾,引起全社会对环境保护的关注以及对能源发展方式的反思,为构建与能源发展方式转变和能源战略转型相适应的绿色能源消费模式,国家电网公司提出实施“以电代媒、以电代油、电从远方来”的发展战略,推动电能替代工程。“智慧储能”技术就在此大背景下研发成功,系统产品的应用实质是对现有能源的合理全部利用不浪费,可应用于电能替代、风电供暖、电网调峰等国家电网涉及的几乎所有技术领域。

目标及主要任务:

目前全球大多数国家热能的消耗是电能的两倍,中国也是如此,现阶段热能供应的主要方式还在依靠燃煤和燃气。而利用“智慧储能”技术,可以在不增加电网负担的情况下将夜间的谷电及弃风电消纳,通过技术手段转化为热能存储下来,再根据用户的不同需求,通过与水的换热产出热水进行供暖或者产出蒸汽进行工业供热。“智慧储能”技术的应用,可显著降低燃煤燃气的使用,从而有效治理雾霾,同时还提高了用电效率。

现有工作基础:

淮南中科储能科技有限公司研制的10MWht中试储热实验平台,设计合理、建造精良,调试成功,可连续稳定产生过热蒸汽;该实验平台曾试运行达40多天,利用夜间谷电,成功实现为3000m2学生公寓冬季供暖;试运行期间,系统整体保温效率达到98%,工作区间内介质始终保持液体状态,流经的管道系统气体压力为常压,这就使得“智慧储能”技术在电能替代工程的应用上具备了技术保证。

预期经济和社会效益:

“智慧储能”技术不但可应用与电能替代,还可应用于风电供暖及电网调峰;我国国土幅员辽阔,国家电网遍布城乡,涉及每一个省份,仅电网合作就是一个很可观的主要市场;若能广泛用于国家电网的改造升级,电能替代工程的大力推动,以及有能源利用与存储需求的工业企业;则经济效益大为可观。

“智慧储能”技术伴随电能替代工程的发展,将以输电代替输煤,减少煤炭大规模、远距离运输压力,从根本上解决煤电运紧张问题;还能促进能源基地集约高效开发和电力大规模输送,全面提高能源开发利用的效率和效益;同时依托特高压电网,实现西部、北部的水能、风能、太阳能等清洁能源大规模开发和大范围优化配置;提高电能占终端能源消费比重,对于推动社会节能减排,缓解城市雾霾困扰,促进我国能源可持续发展有着重要的现实意义。

实施方式/模式:

鉴于 “智慧储能”技术及产品的特殊性,其所应用的目标市场即为国家电网的改造升级及工业企业相关的能源利用与存储领域;“智慧储能”系统产品既可与遍布国内城乡的电网并网后储能、供热、发电;也可为有“智慧储能”技术需求的工业企业研制并且施工成套储能系统产品。

附件:图片

3 新型液态金属储能电站系统

所处阶段:成熟待产业化

成果来源:等离子体物理研究所

必要性及需求分析:

储能电站将多余的电能、通过储能介质存储起来,需要用电时再放出能量产生电能向电网输送。因此储能电站是解决可再生能源间歇性和不稳定性、提高常规电力系统和区域能源系统效率、安全性和经济性的迫切需要,被称为电力产业的第6价值链和21世纪电力产业的新经济增长点。西班牙在安达卢西亚格拉纳达省3×50MW储能电站能够供20万人口使用的环境友好的电能,由此可以使每年节省45万吨二氧化碳的排放。

(1)储能电站是提高常规能源发电与输电效率、安全性和经济性的迫切需要。当前发电装机容量与电网容量是按最大需求建设,随着电网峰谷差日趋增大,必然导致非用电高峰时发电机组的停机或低负荷运行以及电网容量的浪费。2011 年全国电网负荷利用系数小于55%。利用储能电站储能可以大幅提高发电机组实际运行效率,增强电网的输电能力。国际上也采用储能系统提高电厂的总负荷系数,而我国的火电厂尚没有增加储能系统。

(2)储能电站是我国可再生能源大规模接入的迫切要求。根据我国《可再生能源发展“十二五”规划》,到2020 年,风电和太阳能并网装机分别达到2 亿千瓦和5000 万千瓦。但风能和太阳能等可再生能源固有的间歇性和波动性对电网的冲击很大,导致我国风电和光伏发电未并网比例高,弃风/光严重。如2012年的全国总弃风量达200亿kW·h,平均弃风率为20%,局部地区达40%,风电和太阳能已成为电网的“负担”,而储能系统能够很好的解决此问题。

近年来液态金属及其合金(合金熔点温度更低)在先进核能、太阳能电池等领域已经成为最具竞争力的能量载体之一。与传统的熔盐储能相比,液态金属使用温度范围大(最高可达1000℃),化学稳定性好,温度上限对储能限制小,热导率和传热效果在同等条件下(如300℃)为熔盐的十倍,具有巨大的储热能力。因此,采用液态金属及其合金作为储能介质,能够代替传统的导热油、熔盐的介质,提高储能电站的经济性具有重要意义。

目标及主要任务:

(一)目标

完成新型储能电站设计与关键技术突破,建成50MW储能电站中试系统,完成液态重金属关键设备制造,实施成果转移与产业化。新型液态金属储能电站具有以下特点:

- 技术先进:采用液态金属作为储存介质,其导热性能好、热熔大、使用温度高、化学性能稳定;

- 经济性高:电站系统的热电转化效率可达到55%,若同时作为供热系统,电站的热经济效率可达到75%;

- 应用前景广阔:作为我国电网系统的有利补充,能够解决在低负荷条件下电厂的经济性问题,提高电厂的负荷系数,降低电厂排放污染物,实现高效、环保、环境友好型电力生产;

(二)主要任务

(1)开展新型金属合金(如铅合金、锡合金等)熔炼与纯净化工艺研究,降低合金熔炼成本,选择适用于储能系统的金属及其合金材料。

(2)开展液态金属及其合金与储能系统结构材料的相容性研究,筛选服役性能优良的储能系统结构材料。

(3)研制液态金属储能系统关键设备,如换热器、驱动泵等,具有良好的长期运行稳定性和重复性。

(4)联合发电厂开展示范应用,建造一套50MW液态金属储能电站系统,开展储能电站综合技术验证与复杂工况下的测试,对液态金属储能电站系统经济性验证。

现有工作基础:

(1)已成功制备百吨级高纯度液态重金属铅基合金,为研制新型液态金属合金提供了熔炼技术支持。

(2)已成功研发液态金属储能系统关键设备,如液态金属驱动系统、换热系统、氧测量与控制系统,并成功运行几万小时,为大中小型液态金属储能系统研制提供了较为成熟的核心设备。

(3)已成功研制并稳定运行几万小时的世界规模最大、参数最高的液态金属实验装置群(DRAGON和KYLIN回路),为研究液态重金属及其合金物理、化学性质、液态金属换热能力提供了丰富的测试平台;

(4)依托中科院核能安全技术研究所,拥有本项目所需的多学科交叉人才队伍,涉及到材料、真空、电磁、结构、热工、化学、测控、机械等专业。

预期经济和社会效益:

(1)巨大的市场潜力及推动上下游产业飞速发展:我国目前共有200多家火力发电厂,按照每个系统造价5亿元,每个电厂配套2套储能系统,市场潜力超过2000多亿元,同时扩大上下游行业的发展,如冶炼、金属制备、设备制造等产业,直接经济效益超过500亿元。

(2)增加火电厂总负荷系数,提高电厂经济性和减少温室气体排放:利用储能电站可将燃煤机组的总负荷系统及电网利用系统都提高到80%,则可减少2.1 亿千瓦的火电装机建设和25%电网容量建设,相当于减少投资1.05万亿元,同时每年节约3000万吨标准煤及近1亿吨二氧化碳的排放。

(3)降低风能和太阳等的弃风率,解决风能和太阳能的大规模接入问题:到2015 年和2020年,分别相当于每年节约3000万吨和8000万吨标准煤。

实施方式/模式:

(1)巨大的市场潜力及推动上下游产业飞速发展:我国目前共有200多家火力发电厂,按照每个系统造价5亿元,每个电厂配套2套储能系统,市场潜力超过2000多亿元,同时扩大上下游行业的发展,如冶炼、金属制备、设备制造等产业,直接经济效益超过500亿元。

(2)增加火电厂总负荷系数,提高电厂经济性和减少温室气体排放:利用储能电站可将燃煤机组的总负荷系统及电网利用系统都提高到80%,则可减少2.1 亿千瓦的火电装机建设和25%电网容量建设,相当于减少投资1.05万亿元,同时每年节约3000万吨标准煤及近1亿吨二氧化碳的排放。

(3)降低风能和太阳等的弃风率,解决风能和太阳能的大规模接入问题,到2015 年和2020年,分别相当于每年节约3000万吨和8000万吨标准煤。

附件:图片

4 石墨烯燃料电池关键材料

所处阶段: 小试

成果来源:等离子体物理研究所

必要性及需求分析

目前全球的石油储量约有1345亿吨,而现在全世界燃油的消耗每年达30亿吨以上。显而易见,全球的石油资源再有40年左右就会枯竭。而作为贫油国家,我国的石油仅有23的开采储量。进口依存度由1995年的6.5%已上升至2008年的52%!直接影响着我国的可持续发展。统计资料表明,全球约三分之一的能源用于交通,所以寻找新能源在交通中的应用迫在眉睫。

近年来,直接甲醇燃料电池由于其工作温度低、燃料来源广泛、低污染、高能量密度、成本低廉等特点,成为人类解决能源危机的有效途径之一,近年来越来越受到人们的关注。作为燃料电池阳极的催化剂,要求贵金属铂以良好的形貌和大小分布于载体上并与载体结合牢固。为达到以上效果,需从两方面着手:一方面要有良好的 Pt的负载均匀程度和合适的金属粒径大小;另一方面,载体需有大的比表面积,以提高贵金属的负载率,并且要有良好的导电性,以提供电子传输的通道,还要有稳定的特性,以防止在酸性环境中被腐蚀。石墨烯具有良好的物理、电学性能,是负载铂催化剂的理想载体。

目标及主要任务

(1)目标

探索应用新方法制备质量和数量都较高的石墨烯,并应用等离子体法对石墨烯表面进行修饰,制备适合燃料电池电极的载体。检测电极特性,使其电化学特性几倍于当前商用载体或电极材料。石墨烯制备的新方法有以下特点:

原料来源广且价格便宜:以石墨为原料

产品质量和数量较高:以等离子体方法制备石墨烯得到较高的质量和数量

对环境无污染

(2)主要任务

探索应用等离子体法制备石墨烯的新方法

以石墨烯为电极材料组装电池,使其特性几倍于当前商用电池

现有工作基础

(1)应用等离子体法还原氧化石墨烯

经过多年的探索,已经成功应用等离子体方法还原氧化石墨烯制备适合于燃料电池电极载体的石墨烯材料,其方法简单易行且对环境没有污染。

(2)等离子体技术制备铂纳米复合物

利用Ar射频辉光等离子体对负载了Pt前驱物离子的石墨烯载体进行还原,制备了高效的催化剂,对其进行表征,并用于甲醇催化氧化的研究。

(3)等离子体技术制备掺杂石墨烯铂及其甲醇电催化性能研究

利用NH3及H2射频辉光等离子体对氧化石墨烯进行掺杂,制备成两种载体掺杂 H石墨烯(GH)和掺杂氮石墨烯(GHA),然后将上述所得等离子体技术制备石墨烯铂纳米复合物及其在直接甲醇燃料电池中的应用得载体与氯铂酸混合,采用氢气等离子体对混合物进行一步还原从而制备掺杂氢石墨烯铂纳米复合物(Pt/GH)和掺杂氮石墨烯铂纳米复合物(Pt/GHA)。并用于甲醇催化氧化的研究。

预期经济和社会效益

我国的电动车行业正处在迅猛发展中,将燃料电池用于电动车性能的提升,环保,节约能源,具有良好的经济效益和社会效益。

实施方式(模式)

应用与基础并进,通过基础研究为应用提供理论支撑,与企业联合开发等方式。

本文来源:中国科学院合肥物质科学研究院


关键字:储能

储能电站网版权声明:凡注明来源为“中国储能电站网:xxx(署名)”,除与中国储能电站网签署内容授权协议的网站外,其他任何网站或者单位未经允许禁止转载、使用,违者必究。如需使用,请与010-65001167联系;凡本网注明“来源:xxx(非中国储能电站网)”的作品,均转载与其他媒体,目的在于传播更多信息,但并不意味着中国储能电站网赞同其观点或证实其描述,文章内容仅供参考,如有涉及版权问题,可联系我们直接删除处理。其他媒体如需转载,请与稿件来源方联系,如产生任何问题与本网无关,想了解更多内容,请登录网站:http://www.cessn.com.cn

相关资讯

  • 动力电池工业4.0时代 谁会是下一个CATL?

    中国储能电站网讯:“在制造过程当中,实现虚拟世界与现实世界的融合。”西门子(中国)有限公司电池行业业务拓展经理孙煜博日前表示,“数字化双胞胎,是我们提出的关于数字化未来发展的一个口号。”通过数字化的手段,把真实的世界虚拟化,孙煜博进一步解释这个“双胞胎”,…

    2018-11-18 15:21:12
  • 多部委拟推动氢燃料电池汽车产业发展 改变“唯补贴目的”

    中国储能电站网讯:“第一届中国-张家口氢能与可再生能源论坛”16日在张家口举行。多位国家部委相关负责人表示,将多措并举,推动中国氢燃料电池汽车产业发展,破解氢燃料电池汽车产业化、商业化难题。值得注意的是,防止以过去补贴为目的、盲目开展低水平重复建设等问题已经得…

    2018-11-18 15:20:03
  • 西北跨省区电能交易规模超过1400亿千瓦时

    中国储能电站网讯:11月16日,从国网西北分部获悉,今年1-10月份,西北电网跨省跨区交易电量达1411亿千瓦时,同比增长31%,超过2017年全年交易电量。其中,西北电网通过跨区跨省交易消纳新能源电量383亿千瓦时,同比增长近50%,占新能源发电量的1/3以上,占国家电网公司系统新能…

    2018-11-18 15:18:55
  • 又一家外资车企向中国新能源汽车市场吹响进攻号角

    中国储能电站网讯:昨日(11月15日),广州车展即将开幕之际,大众汽车集团在集团层面媒体沟通会上公布了最新的在华新能源战略部署。大众集团中国总裁兼CEO海兹曼宣布,大众集团将在2019年一年内与合作伙伴在中国共投资40亿欧元,但是其整车合资企业股比不变,主要用于电动汽车、…

    2018-11-18 15:17:24
  • 宝马成绩单:前10月电动车全球销量11万辆

    中国储能电站网讯:根据宝马集团官方公布的销量数据,截止到10月底,宝马集团电动车全球累计交付量达110,560辆,同比实现41.6%的激增,再次巩固了宝马集团作为全球领先的高端电动车供应商的地位。电动汽车在宝马集团整体销量中扮演着越来越重要的角色。10月份,宝马5系轿车销量…

    2018-11-18 15:14:23

共有条评论 网友评论

验证码: 看不清楚?