电化学储能技术的发展与应用

21世纪世界面临的两个最重要的问题是能源危机和环境污染，这两个问题都与碳排放有关。

对症下药，世界各大经济体纷纷出台双碳政策。2020年9月，席主席在联合国大会上明确了中国双碳的目标:二氧化碳排放力争在2030年前达到峰值，力争在2060年前实现碳中和。

“碳中和”战略正在煽动中国数百万亿市场，这既是一个重大挑战，也是一个巨大的机遇！

双碳目标促进能源结构的转型和调整。然而，绿色低碳可再生能源（如太阳能、风能、潮汐能等）的发展道路并不是一帆风顺的，以减少高碳排放化石能源（如石油、煤炭等）的使用。

可再生能源存在两个问题，一是受天气和季节影响较大，二是发电过程不连续、不可控。

市场需要发展储能技术，使新能源在电力系统中发挥重要作用，结合电网侧、电源侧和用户侧的需求现状。

目前，在众多储能技术中，抽水蓄能规模最大，电化学储能发展最快、最受期待。

2023年3月17日，由OFweek维科网、OFweek储能联合主办，天科新能源独家命名“OFweek 深圳机场希尔顿逸林酒店成功举办了2023储能专题会议。

唐有根教授，中南大学化学电源与材料研究所所长，发表了题为《电化学储能技术的发展与应用》的精彩演讲。

唐有根教授，中南大学化学电源与材料研究所所长(图)

电化学储能技术百花齐放

锂离子电池、钠离子电池、液流电池等多种电化学储能技术 金属空气电池等。

目前，锂离子电池、全钒液流电池、铅碳电池等成熟度高的电化学储能技术已基本实现市场运行；钠离子电池、锌基液流电池、固态锂电池等新兴电化学储能技术也如雨后春笋般涌现，从基础研究到工程应用的飞跃速度越来越快。

锂离子电池是目前主流的储能电池技术，包括钴酸锂电池、锰酸锂电池、镍钴锰酸锂电池、磷酸铁锂电池等，其中锰酸锂和磷酸铁锂比功率和热稳定性好，镍钴锰酸锂比能量最高。

在应用方面，钴酸锂电池成本高，能量密度高，主要应用领域为消费电子产品。锰酸锂电池成本低，循环稳定性差，可用于低速电动汽车、储能电站和电动工具。磷酸铁锂电池、三元锂电池适用于电动工具、电动汽车和大型储能领域。

液流电池技术是一种新型的大规模高效电化学储能技术。根据固相电极的不同类型，可分为铬铁液流电池、全钒液流电池、锌溴液流电池和金属/空气液流电池。

三种液流电池技术都具有安全性高、容量大、成本低、可回收、绿色环保等优点。缺点不同，铁铬液流电池工作电压低，堆比功率低，锌溴液流电池密封要求高，钒离子溶解度限制，工作温度仅限于10～40℃内。

铝空气燃料电池以铝为负极，空气中的氧为正极，氢氧化钠或氢氧化钾水溶液为电解质，无毒、无害、无污染、可回收利用。理论比能量高达8100Wh/kg，实际比能量超过500Wh//kg，它是现有实用电池系统中最高的。

钠离子电池资源丰富，价格低廉，低温性能好。在大规模储能中的应用具有重要的战略意义。缺点是工业化配套设施不完善，制备成本高。

三大电化学燃料储能技术

主要有三种电化学燃料储能技术，即气体燃料储能技术、液体燃料储能技术和固体燃料储能技术。

气体燃料储能是以电能生产气体燃料储能的技术，又称氢气储能等电转气技术。

液体燃料储能技术主要是指利用电解氢合成液体燃料储能，如甲醇和氨。与气体燃料相比，液体燃料更容易储存和运输，安全性相对较高。

金属（如锂、锌、铝等）作为固体储能燃料，可通过电化学反应转化为电能，反应产物可通过电解/沉积过程储备能量重新获得相应的金属，实现电能储存。

电化学储能项目

经过多年的发展，各种电化学储能技术已进入工业化阶段。锂离子电池储能发展最快，项目容量最大，数量最多。2021年，我国新增电化学储能项目131个，锂离子电池储能项目120个。

2016年7月，比亚迪率先建成了中国第一个MW磷酸铁锂电池储能电站，用于稳定峰值负荷和光伏电站的稳定输出。

2019年，南方电网建成5MW/20MWh锂离子电池储能示范电站，以10kV电缆连接深圳110kV碧岭站，其主要功能定位为移峰填谷。

据不完全统计，2019-2021年，中国新增液流电池储能项目超过11个，阿克苏全钒液流电池产业园最大项目容量达到400mWh。

2017年11月，中国科学院大连化学研究所开发的国内首套5kW/5kWh锌溴单液流电池储能示范系统在陕西安康华银科技有限公司工厂投产，额定功率运行时能量转换效率超过70%。

2020年12月24日，国家电投集团公司250千瓦/1.5兆瓦时铁铬液流电池光储示范项目投产运行。

钠离子电池是近年来发展最快的电化学储能技术之一，2023年更被称为钠离子电池量产的第一年。

2021年6月28日，由华阳新材料科技集团有限公司(以下简称“华阳集团”)和北京中科海纳科技有限公司共同打造的世界首套1MWh钠离子电池储能系统在山西综合改造示范区投产。

在金属燃料电池项目方面，Nantenergy为杜克能源公司建造的锌空气电池储能系统容量为95.1KWh；加拿大Teck开发的锌燃料储能示范系统容量为3KW/24KWh。100KW/200MWh铝燃料战备能源系统在中国的设计和开发，可连续供电100KW2000小时。

电化学储能技术在电力、电网和用户方面发展迅速，是实现“双碳”目标、催生新能源形式、构建清洁、低碳、安全、高效的现代能源体系的关键技术。