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實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)需要規(guī)模化的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。流體電池這種易規(guī)?；?，長(zhǎng)時(shí)，安全，無(wú)地理限制，特別適合于大規(guī)模儲(chǔ)能。

——中國(guó)科學(xué)院院士、南方科技大學(xué)碳中和能源研究院院長(zhǎng)、講席教授趙天壽

11月18日，2022動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈會(huì)議暨企業(yè)家峰會(huì)在江蘇無(wú)錫成功召開(kāi)。會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院院士、南方科技大學(xué)碳中和能源研究院院長(zhǎng)、講席教授趙天壽帶來(lái)《新型流體電池儲(chǔ)能原理與技術(shù)》的主題演講。

趙天壽教授主要分享三個(gè)方面，第一，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)需要規(guī)?；㈤L(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。第二，流體電池具有易規(guī)?；?、長(zhǎng)時(shí)、安全、無(wú)地理限制的優(yōu)勢(shì)，適合于大規(guī)?；瘍?chǔ)能。第三，熱物理與電化學(xué)交叉研究是實(shí)現(xiàn)流體電池技術(shù)突破的關(guān)鍵。

我國(guó)承諾碳排放將在2030年達(dá)到峰值，并爭(zhēng)取在2060年實(shí)現(xiàn)碳中和，然而實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)要求化石能源從目前的84%縮小為10%，而太陽(yáng)能和風(fēng)能占比從現(xiàn)在的4%要提升到60%，這意味著能源革命性地轉(zhuǎn)型，風(fēng)光從4%提升到60%，挑戰(zhàn)巨大。

過(guò)去十幾年來(lái)，光伏和風(fēng)機(jī)的成本降低了十幾倍，但風(fēng)電和光伏占比仍然很小，只有4%，截止去年年底，我國(guó)內(nèi)地光伏和風(fēng)機(jī)的裝機(jī)容量達(dá)到15%，可實(shí)際上網(wǎng)電量只有4%。裝機(jī)用量和實(shí)際上網(wǎng)電量的差別造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。限制風(fēng)電和光電上網(wǎng)發(fā)電的原因就在于光伏和風(fēng)電具有間歇性，不穩(wěn)定性，并網(wǎng)比例非常有限。

那么，應(yīng)對(duì)光伏風(fēng)電的間歇性和不穩(wěn)定性，儲(chǔ)能是最有效的方式，儲(chǔ)能平移能量的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量平滑穩(wěn)定地付出，提高其實(shí)際利用水平，因此儲(chǔ)能是以新能源為主的新型能源系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

實(shí)現(xiàn)碳中和首先要求儲(chǔ)能裝備具有易規(guī)模化、長(zhǎng)時(shí)的特點(diǎn)，儲(chǔ)能裝置不應(yīng)該有地域和地理的限制，儲(chǔ)能要安全，運(yùn)行要平穩(wěn)，成本要低，壽命要長(zhǎng)。目前，化石能源為主導(dǎo)的能源系統(tǒng)中，化石能源加上短時(shí)儲(chǔ)能就能夠?qū)崿F(xiàn)能量的供需匹配。但在可再生能源為主導(dǎo)的新型電力系統(tǒng)中，供需匹配需要長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能來(lái)實(shí)現(xiàn)。太陽(yáng)能和風(fēng)能為主導(dǎo)的新能源結(jié)構(gòu)需要長(zhǎng)時(shí)規(guī)?；膬?chǔ)能技術(shù)。

燃料本質(zhì)上是一種易搬運(yùn)的能量載體，把能源存儲(chǔ)在燃料中可隨時(shí)隨地提供能量，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，這種燃料儲(chǔ)能就是把能源通過(guò)能量轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)在能量載體中，其過(guò)程需要儲(chǔ)能裝置以及釋能裝置。以氫氣儲(chǔ)能為例，就是把光能轉(zhuǎn)化為電能再轉(zhuǎn)化為氫氣，這里需要電解池來(lái)儲(chǔ)能，燃料電池來(lái)釋能。其中，甲醇是一種液態(tài)的能量載體，類似的能量載體還有電解液，固態(tài)物質(zhì)等等。燃料儲(chǔ)能的關(guān)鍵裝置就是燃料流體電池，流體電池它是以可流動(dòng)物質(zhì)為能量載體、能量與功率解耦的電池，比如說(shuō)電解池，燃料電池、液流電池，金屬空氣電池等等。

流體電池具有三個(gè)關(guān)鍵的部件，包括隔膜，電極和流長(zhǎng)板，流體電池具有非常獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，包括易規(guī)模化、長(zhǎng)時(shí)、無(wú)地理限制、安全耐久、高效，所以適用于新能源大規(guī)模儲(chǔ)能。流體電池具有共性問(wèn)題，其性能的提高和成本的降低，既需要電化學(xué)領(lǐng)域支持研究界面電化學(xué)界面反應(yīng)，還需要工程領(lǐng)域知識(shí)研究空間能質(zhì)傳遞特性，然而過(guò)去的研究由于學(xué)科界限的壁壘，跨尺度多子傳遞與電化學(xué)反應(yīng)相互作用的關(guān)系很復(fù)雜，未能形成反應(yīng)界面電化學(xué)動(dòng)力學(xué)與空間傳遞相互作用統(tǒng)一的理論，所以我們的目標(biāo)就是多質(zhì)傳遞與電化學(xué)耦合的理論，建立流體電池儲(chǔ)能新體系。

經(jīng)過(guò)多年的努力，目前已建立能夠反應(yīng)空間、能質(zhì)傳遞與電化學(xué)反應(yīng)相互作用的理論框架，從而解決了流體電池的一些關(guān)鍵技術(shù)難題。直接乙醇燃料電池，與甲醇相比，乙醇的毒性小，環(huán)保，成本低，是燃料電池燃料最理想的燃料。

有了燃料電池，可以形成一個(gè)全新的儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括燃料電池本身，一個(gè)充電裝置和放電裝置，這個(gè)放電裝置就是燃料電池，使用燃料電池，電通過(guò)充電裝置、光電和風(fēng)電充的燃料電池。充好的燃料電池可以穩(wěn)定長(zhǎng)時(shí)存儲(chǔ)起來(lái)，充電裝置沒(méi)有地域和地理的限制，更重要的是充好電的燃料電池方便儲(chǔ)運(yùn)，運(yùn)送到需要的地方。燃料電池發(fā)的電可以并網(wǎng)，可以離網(wǎng)供電，燃料電池能量密度如果進(jìn)一步提高也可以驅(qū)動(dòng)汽車。

整個(gè)系統(tǒng)是接近可移反應(yīng)，從電到電，能量效率非常高。燃料電池儲(chǔ)能技術(shù)可以隨時(shí)隨地遍布在大地上的光能和風(fēng)能變?yōu)槿剂想姵兀峁└咝履茉措娏Α?br />
燃料電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有非常重要的優(yōu)勢(shì)，首先擴(kuò)大了能量載體的選擇范圍，突破了材料資源的限制，提高了電解液的利用率，從70%提高到90%，降低整個(gè)電池的成本。電流密度也從150提高到400，進(jìn)一步能降低電堆的成本。燃料電池儲(chǔ)能可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的存儲(chǔ)太陽(yáng)能和風(fēng)能，并對(duì)外提供能量。

最后，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)我們需要規(guī)模化長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。流體電池這種易規(guī)?；?、長(zhǎng)時(shí)、安全、無(wú)地理限制，特別適合于大規(guī)模儲(chǔ)能。特別是熱物理與電化學(xué)交叉研究是實(shí)現(xiàn)流體電池技術(shù)突破的關(guān)鍵。

原標(biāo)題：中國(guó)科學(xué)院院士趙天壽：實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)需要規(guī)?；拈L(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)