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編者按：國內(nèi)外儲能電站著火事故，以及近期多起新能源車起火事故，讓儲能電池的安全性能被提升到新的高度。高安全、長壽命、低成本、才是儲能電池的理想體系，那么未來，鉛蓄電池、鋰離子電池、鈉離子電池、固態(tài)電池、水系離子電池，究竟哪種電池技術(shù)更適合儲能市場？

2018年，電網(wǎng)側(cè)儲能應(yīng)用規(guī)模爆發(fā)，據(jù)統(tǒng)計截至2018年12月底，中國已投運儲能項目的累計裝機規(guī)模為31.2GW。當(dāng)前，儲能正面臨商業(yè)化的關(guān)鍵節(jié)點。儲能市場的爆發(fā)帶動儲能電池業(yè)快速發(fā)展，多種電池技術(shù)依靠自身特點立足行業(yè)。

 

根據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）項目庫的不完全統(tǒng)計，截至2018年12月底，全球已投運儲能項目的累計裝機規(guī)模為180.9GW，同比增長3%，其中，電化學(xué)儲能累計裝機規(guī)模為6.5GW，同比增長121 %。電化學(xué)儲能累計裝機量中，鋰離子電池占比86%、鈉硫電池占比6%、鉛蓄電池占比6%、液流電池占比1%、超級電容占比0.1%、其它電池占比0.5%。

 

全球已投運電化學(xué)儲能項目的累計裝機分布

 

數(shù)據(jù)來源：CNESA項目庫，2019

 

與動力電池相比，儲能應(yīng)用更加看重電池的“高安全、長壽命、低成本”。那么未來，究竟哪種電池技術(shù)更適合儲能市場？

 

 

鉛蓄電池發(fā)展至今已有160多年歷史。由于鉛蓄電池具有技術(shù)成熟、適用范圍廣、效率高、循環(huán)次數(shù)多等特點，使鉛蓄電池成為發(fā)電側(cè)調(diào)峰調(diào)頻及用戶側(cè)削峰填谷的重要儲能形式。

 

伴隨著技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)鉛蓄電池在性能上也在不斷提升。目前，鉛炭電池已經(jīng)逐步替代傳統(tǒng)鉛酸蓄電池，成為鉛蓄電池儲能市場上的主力。但是相比鋰離子電池，鉛炭電池循環(huán)壽命短、能量密度不夠高。綜合性能上，鉛炭電池還不能勝任高要求的儲能項目。

 

鋰離子電池因其能量密度高、使用壽命長、適用溫度范圍寬等特點，近些年來在儲能市場的電化學(xué)儲能裝機中占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位。據(jù)統(tǒng)計，2018年全球電化學(xué)儲能新增裝機中，鋰離子電池幾乎一統(tǒng)天下，占比94%。

 

但鋰離子電池用于儲能，也存在著一些天然的劣勢。首先是成本問題，這里說的成本并非電池制造成本，而是運行后的度電成本。盡管鋰離子電池的成本正在不斷下降，但是，若運營維護(hù)過于頻繁，尤其是在較冷或者較熱環(huán)境下，需要單獨配備空調(diào)等等，這些都會增加度電成本。

 

其次是鋰離子電池的安全性。畢竟儲能系統(tǒng)大多都是MW級的，一旦發(fā)生安全問題將會造成惡劣影響。因此在電動汽車上配套的主流三元鋰離子電池，并不適用于儲能系統(tǒng)，更多企業(yè)選擇相對安全的磷酸鐵鋰電池。即使這樣，也需要在BMS等方面提高預(yù)防安全風(fēng)險的能力，才能把控儲能系統(tǒng)的安全性。

 

隨著鋰離子電池成本的不斷下降、儲能應(yīng)用場景逐步成熟，國內(nèi)外鋰電池儲能市場正在快速增加，鋰離子電池技術(shù)創(chuàng)新比以往任何時候更加充滿活力。在可以預(yù)見的未來，鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的大體量和高競爭性，必將快速提升產(chǎn)品的性能并降低系統(tǒng)成本，儲能面臨的一些問題比如安全問題，也會隨著鋰電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展逐步得以解決。

 

寧德時代新能源科技股份有限公司副董事長黃世霖曾表示，寧德時代將推出一款長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，使用壽命可以超過15年，單體循環(huán)超過15000次。這種電池環(huán)境適應(yīng)性強，能夠很好地滿足儲能工況要求。待此款長壽命磷酸鐵鋰電池上市，將會是目前最適合應(yīng)用于儲能市場的鋰離子電池技術(shù)路線。

 

 

據(jù)了解，鈉離子電池的研究開始于上世紀(jì)八十年代前后，由于當(dāng)時設(shè)計出來的電極材料電化學(xué)性能不理想，鈉離子電池發(fā)展緩慢。2010年以來，根據(jù)鈉離子電池特點，研發(fā)人員開發(fā)出了一系列正負(fù)極材料，很好地展現(xiàn)了鈉離子電池高比容量和循環(huán)穩(wěn)定性，使鈉離子電池在容量和循環(huán)壽命方面有很大的提升。

 

鈉鎳電池，就是鈉離子電池的一種。有報道稱，鈉鎳電池具有高可靠性、高安全性、長循環(huán)壽命等特點。相對于鋰離子電池，鈉鎳電池具有極高的安全性，是一款不燃燒、不爆炸的電池；且鈉鎳電池適應(yīng)溫度范圍廣，無論在零下40攝氏度還是零上65攝氏度，都能保持穩(wěn)定的產(chǎn)品性能。不僅安全性高、循環(huán)壽命長，而且地球上鈉元素的存儲量遠(yuǎn)高于鋰，使鈉鎳電池成本遠(yuǎn)低于鋰離子電池。早前就有行業(yè)專家預(yù)言，未來鈉鎳電池將在儲能領(lǐng)域大放異彩。

 

2019年4月，超威集團(tuán)與美國GE公司合資成立的浙江安力能源有限公司投入建設(shè)近兩年的鈉鎳電池項目一期正式投產(chǎn)。據(jù)介紹，該電池單體比能量達(dá)到135Wh/kg，壽命是鋰電池的2至5倍，組成系統(tǒng)后，體積比鋰電池系統(tǒng)小50%以上，全生命周期成本比鋰電池低50%。

 

 

固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池，其能量密度高、安全性能好，而且循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬，且固態(tài)電池是未來電池技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。從各種性能表現(xiàn)看，固態(tài)電池都很適合應(yīng)用于儲能領(lǐng)域，但目前阻礙固態(tài)電池布局儲能領(lǐng)域的主要因素一是技術(shù)，二是成本。

 

今年4月，南都電源與輝能科技股份有限公司在杭州簽署先期授權(quán)協(xié)議，雙方就固態(tài)鋰電生產(chǎn)技術(shù)授權(quán)合作達(dá)成初步共識，預(yù)計在今年年底簽署正式合作協(xié)議后開始運作。南都電源已積極布局固態(tài)電池領(lǐng)域，計劃在技術(shù)驗證成功后將建設(shè)國內(nèi)首條1GWh規(guī)模的固態(tài)電池生產(chǎn)線。未來固態(tài)電池在儲能市場將備受期待。不知南都電源是否可以通過技術(shù)研發(fā)攻克價格難關(guān)，為未來儲能市場注入新生力量。

 

 

水系離子電池在金屬離子電池的基礎(chǔ)上，將具有可燃、高成本的有機電解液，替換成更為安全、更易于制備的水系電解液。自從1994年首個水系鋰離子電池被報道后，推動水系離子電池開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的步伐就未曾停止。水系電解質(zhì)有著以下幾方面的優(yōu)點：安全性能好、離子電導(dǎo)率高、價格低廉易得，無需無水無氧的環(huán)境，就可以對電池進(jìn)行生產(chǎn)、組裝、密封等操作，大大降低了電池的生產(chǎn)以及技術(shù)成本。

 

恩力能源研發(fā)生產(chǎn)的水系鈉離子電池，避免了鋰離子電池有機電解液的易燃問題，克服了傳統(tǒng)水系電池的高污染、壽命短的缺點，能夠滿足大型儲能系統(tǒng)安全、長壽命、低成本、環(huán)保等要求，從而可為大規(guī)模儲能提供一種廉價、清潔的新體系。

 

盡管水系電解質(zhì)在鈉離子電池的應(yīng)用有著巨大的前景。但是水系鈉離子電池也有不足之處，比如電化學(xué)窗口窄。水的熱力學(xué)電化學(xué)窗口只有1.23 V，為了避免發(fā)生水的電解反應(yīng)，水系鈉離子電池的電壓在1.5 V左右，不超過2 V。許多鈉鹽化合物在水中的溶解度較大，有些甚至在水中會發(fā)生分解，進(jìn)一步限制了鈉材料的選擇。目前技術(shù)來看，水系鈉離子電池仍屬小眾。此外，水系Li, K, Zn, Mg, Ca, Al等新型離子電池也都處于開發(fā)階段，距離產(chǎn)業(yè)化階段仍有待時日。

 

儲能市場多種電池技術(shù)，最終離不開安全二字。2018年，國內(nèi)外儲能電站著火事故，以及近期多起新能源車起火事故，讓產(chǎn)業(yè)鏈條上的所有相關(guān)方開始認(rèn)識到安全的重要性，儲能電池的安全性能也被提升到新的高度。高安全、長壽命、低成本、才是儲能電池的理想體系，未來儲能市場多種技術(shù)共同發(fā)展，哪種才是未來？我們拭目以待。

 

原標(biāo)題:電化學(xué)儲能技術(shù)對決：誰將搶占C位？