来自雪球&#xe6关注 一张图看懂动力锂电池及材料未来发展趋势铅酸电池虽然技术发展较为成熟，但是不符合国家节能环保的新理念，中国不鼓励发展。而镍氢电池实际上目前仅存的市场希望基本都在混合动力电池上，大部分专利核心技术掌握在日系厂家手中。从动力电池发展趋势来看，锂电池才是未来的主力军，各个车企均将锂电池的开发作为新能源汽车的主攻方向。中国化学与物理电源行业协会表示，目前市场上正在使用和开发的锂电池正极材料主要包括钴酸锂(LCO)、镍钴锰（NCM）三元材料，尖晶石型的锰酸锂(LMO)，橄榄石型的磷酸铁锂(LFP)等。中国电动汽车电池技术的产业基础，应该说总体上还是不错的，我们从“十五”科技部电动汽车重点专项起步开始推动中国电动汽车动力电池的研发，当时主要是镍氢电池和锰酸锂电池；到“十一五”的时候，主要是磷酸铁锂电池，应该说磷酸铁锂电池的发展支撑了我们“十二五”电动汽车的发展；到“十二五”，我们重点的研发转向了三元锂离子电池，估计今年我们三元锂离子电池的比能量会达到180Wh/kg，现在我们正在起动“十三五”。“十三五”将会在此基础上进一步升级，我们估计在今后5到10年锂离子电池将会达到它的技术极限，我这里显示的是在中国目前的一些总体的产业情况和电池性能和成本的一些发展情况，我们预计它是在逐步的上升，这是系统比能量。预计到2020年会超过200Wh/kg，比现在估计要提高一倍。英国高校携手成立“法拉第电池挑战计划”项目 共同研发未来电池技术英国高校携手成立“法拉第电池挑战计划”项目 共同研发未来电池技术初阳彼百家号在推动高端自动驾驶的电池研发与提升制造能力方面，研究型大学正扮演着越来越重要的作用。目前，在欧洲几个最新的多方合作项目中，有一个由英国政府投资的项目，就很好地完成了为顶尖大学与汽车产业牵线搭桥的任务，这个项目就是“法拉第电池挑战计划”（ Faraday Battery Challenge）。（小编注：该计划与Faraday Future汽车没有任何关系）为帮助完成这一计划，法拉第电池研究机构应运而生。这个最近才官宣成立的研究机构，将协调英国的学术研究团队和行业公司，积极开展研究合作。该机构将整合七所英国顶尖大学的资源，力求在电池技术的基础研究上加快进展。七所高等学府分别为华威大学、帝国理工学院、伦敦大学学院、剑桥大学、牛津大学、纽卡斯尔大学和南安普顿大学。捷豹的I-PACE电动SUV搭载的是电能90千瓦时的锂电池包，这款概念车将在短时间内投产。（图片来源：捷豹）英国华威大学制造集团高级推进系统教授David Greenwood前不久接受了SAE欧洲部编辑Stuart Birch的采访，透露了不少有关这一新机构的信息。David Greenwood教授谈到电池技术的未来发展时说：“我们需要其他能源技术来帮助实现突破。”SAE：据说该机构的目标是要在电池研发上探索出“独具匠心的技术”。能讲一下这些技术大概的情况吗？效果最显著的领域是哪些？法拉第机构的核心理念就是要做“有应用潜质的基础研究”。也就是说，要让相同领域的科学家和技术专家一同开展工作，着眼于未来技术，并将这些跨时代的技术投入应用。在开始阶段，我们会把重点放在汽车行业，因为在这一领域急需低碳解决方案。但事实上，其他部门像是电网、海运、航空航天等领域，也都会在我们的研发范围内。法拉第研究机构所进行的研究课题，都是业内公认困难重重的项目，因此研究的重心都会放在那些最阻碍研发进展的疑难问题上。而在电池技术研发方面，最先考虑的几大问题将会是电池性能衰减、多尺度数值建模、固态电池以及电池再利用/循环经济等。这其中有一个十分重要的想法，就是项目无论怎样调整，投入的重点始终放在有望加快研发进展的部分。我们将会有意识地扩大研发范围。电化学和材料技术很重要，但我们不会拘泥于此，而是要从更广的角度考虑系统、设计、制造以及集成等问题，这些都会对技术研发产生巨大影响。因此，我们会让不同学科领域的专家——包括化学家、工程师、数学家、经济学家以及物理学家等等，共同协作，攻克难题，SAE：外界普遍认为，能量密度过低、成本过高、车重太大以及充电时间太长等问题，始终困扰着电动汽车的进一步推广。您有信心成功且圆满地解决这些问题吗？可以看到，锂电池技术的发展很快，如今已使用在了电动汽车上。举例而言，电池的体积能量密度在15年间已经翻了一番，而成本则在近5到10年间减少了75%。我们认为这些都是技术优化、部件量产以及市场活力提升的成果。研究显示，通过不断优化当前系统、研发新型化学技术，及整体系统的设计与整合，技术上获得持续提升不无可能。而这方面的挑战在于新的技术目前尚处于“概念论证”阶段，要得到完全认可并作为量产产品走向市场，则还至少需要8到10年的时间。如今我们用在电动汽车上的化学技术，都是这数十年来实验室研发的成果。商用汽车电池是长期研发的结果，通过反复优化和验证，最终得以大批量生产，以满足不同特殊需求，普及到整个行业。这也是为什么协作研究、开发和扩大再生产都不可或缺。基础的电池动力创新只是万里长征第一步。这一技术要落实到各种具体应用上，就会涉及更高标准的质量、耐用性、安全性和其他性能，因此，急需进一步研发来应对生产制造过程中各种错综复杂的情况。SAE：锂电池技术是否有可能解决电池动力研发的中期挑战呢？燃料电池的情况又是如何？考虑到既有产品的成熟度以及对其他动力能源的研发需求，业内普遍认为锂电池将会是未来8到10年汽车领域最适合的化学解决方案。事实上，想要优化锂电池，以满足汽车应用的各种需求，我们还要做很多事情，比如重新设计电芯的形式和结构，使用硅复合材料，或是对电池寿命和老化曲线做出更精确的预测。不过，说到底，电池的材料只是其中一个环节。若能提升电池单体、电池模块以及电池组的效率，就能极大地降低成本，自然益处良多。而尽管很多高校和汽车厂商都在积极跟进燃料电池方面的研发项目，但燃料电池技术却并不在法拉第研究机构的计划之内。SAE：如果锂电池不能满足电动汽车长期的需求，对于中长期的供给而言，何种高能量密度的技术能成替代锂电池呢？英国汽车委员会已为发展未来的电池技术设定了宏大目标，将投资的重心放在研发上，研究领域将涵盖成本、能源和功率密度、电池寿命以及安全性等诸多方面。正如我所言，锂电池技术还有很多方面有待优化。然而，如果我们要完成汽车行业的这些宏大目标，就需要其他替代技术来推动进步。我们已经对很多锂电池的替代技术进行了研究，考察其发展潜力。比如，锂硫电池就在很多应用中表现出了很高的重量能量密度，但也存在诸如安全性、使用寿命以及体积能量密度不足等缺陷。固态电池也在观察之列，并且确实可以提高电池安全性和能量密度。不过目前从生产制造的角度而言，应用成本还是太过高昂。值得注意的是，替代技术只强调提升能量强度是不够的。有些替代品——像锂空气电池，能量密度很高，但功率密度却不够，而这恰恰是汽车业的发展所不可或缺的。举例而言，有时我们可能会为不同的汽车市场制定相应的解决方案，对高端市场和低端市场的处理方式会有所不同，而续航里程也未必是决定性的因素。另一种化学技术——钠离子电池也已投入市场，或将成为锂电池在低端市场的替代品。对于注重成本控制，而并不需要将能量密度最大化的汽车而言（如成本极低的车辆或轻型汽车），钠离子电池是十分理想的选择。SAE：汽车业是否应该认清事实，停止有关电池是否越大越好的争论，而去思考在路面上实现无线动态充电的可能呢？目前这些潜在的解决方案是否太过遥远，要建设充电基础设施是否也太过复杂？汽车行业急需新型的低碳解决方案来取代传统的内燃机，因而正成为这一领域的领导者。法律法规也在推动这一进程的进展，国家和城市地区的相关政策也都将继续关注减排和空气质量的提高。建立高度依靠基础设施的充电解决方案是一项非常复杂的工作，不仅需要跨部门协作，也需要国家进行更大的投入和干预。汽车业正在研制一份电池技术“路线图”，就现在到2030年之间的各阶段发展做出详细的规划部署。而基础设施建设所需时间更长，但也需要与电池技术一同发展。电池技术能很好地匹配乘用车的需求，因为人们能合理安排时间为车辆充电，比如在夜里或是白天上班时都可充电。在短期内，这同样也是一个成本相对较低的解决方案。而对重型货车或是商用车而言，电池的续航能力则将受到更大挑战。长远来看或许会采用动态充电的方案来应对这些问题，比如无线充电技术，或是接触网与受电弓技术。而这一方案的问题是，动态充电需要实时电力供应，这就意味着有些时候可能会出现电能供应不上的情况，比如上下班高峰时段。而在路面铺设无线充电网给卡车充电则需要每英里（1.6公里）大约一兆瓦的电能。若是如此，则需要为主要道路电网提供新型的发电系统，以及高功率的连接装置。这类解决方案大概还需要几十年的准备，因为要进行覆盖全国的基础设施建设，不是一朝一夕能完成的。本文由百家号作者上传并发布，百家号仅提供信息发布平台。文章仅代表作者个人观点，不代表百度立场。未经作者许可，不得转载。初阳彼百家号最近更新：简介:本人有丰富的写作经验。作者最新文章相关文章当前位置是：
能源结构调整需要大规模储能技术 液流电池是未来发展趋势
作者：张华民&发布时间： & 来源：中国能源报
　　可再生能源发展离不开储能　　历史上出现了三次能源革命：第一次能源革命煤炭代替了薪柴。当时英国抓住发展机遇，成为全球霸主，但也引发了诸多问题，如伦敦大雾霾，据不完全统计，当时英国能源结构中70%以上是煤炭。第二次能源革命油气代替了煤炭，美国借势成为新的世界霸主。第三次能源革命，则是可再生能源，普及可再生能源是全球实现低碳能源转型的关键。预计2030年以后，整个能源结构当中，可再生能源将会占主导。我国在“十三五”规划中提出的能源革命和能源结构调整战略方针是，到2020年，我国风能发电装机容量达到2.5亿千瓦，光伏发电达1.5亿千瓦，光热发电达500万千瓦。可再生能源正逐渐由辅助能源变为主导能源。　　电网在100多年历史中，没有储能也运行得很好，为何现在需要储能？风电、太阳能发电的不稳定、不连续性特性对电网造成冲击，配置储能，则根本上解决了这一问题，实现安全、稳定供电。近年来，弃风、弃光、弃水率居高不下，仅去年全年，我国弃风、弃光、弃水总量就高达1100亿千瓦时，超过三峡电站全年发电量。储能的重要性凸显——可平衡发电和用电、确保电网稳定，因此大规模储能技术是实现可再生能源普及应用的核心技术。　　近年来，随着可再生能源开发利用规模不断扩大，储能技术的研究与应用日渐广泛。与此同时，国家开始重视储能，一系列利好政策不断出台，尤其是近期5部委联合发布的《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》。作为国内首个储能产业政策文件，《指导意见》明确了储能产业未来10年的发展目标，标志着储能在电网中主体地位的确立。同时《指导意见》鼓励多种技术路线和应用场景并行发展，并且提出了由政府引导、市场主导，强调建立补偿机制，而非单纯给予补贴，预计未来与电化学储能相关的示范项目将加快推进，多种储能商业模式将有望蓬勃发展。　　不同储能技术各有优缺点　　储能技术可按规模大小区分，本文主要聚焦大规模储能技术，即时间长、功率大，适用于电网的储能技术。大规模储能技术需满足三个条件：一是安全性，二是生命周期的性价比高即经济性，三是生命周期的环境负荷低即环境友好。对大规模储能技术而言，由于系统功率和容量大，发生安全事故造成的危害和损失大，因此大规模储能技术的首要要求是安全可靠，解决安全可靠性是其重中之重。此外，无论多大规模的储能，报废后的废弃物处理成本必须算上，对环境的影响必须考虑进去。　　抽水储能、压缩空气储能、锂离子电池、钠硫电池、铅酸/铅炭电池、液流电池等是目前主要的几种储能技术，各有优缺点，在实际应用时要找准定位，使不同的储能技术在不同的领域和场景扮演关键角色。　　抽水储能技术，优点是技术成熟，世界范围已建127000MW、储能容量大，占储能总装机容量的99%，缺点是受地形、生态环境等条件的限制。在欧美，抽水储能装机容量一般占发电装机容量的5%-15%，而我国由于水力资源、地理环境等资源限制，抽水储能装机容量只占发电装机容量的不足1.7%。　　压缩空气储能技术，优点是储能容量大，缺点是选址地质条件限制大，需和燃气燃油电站配套。压缩空气储能技术比较成熟，早在上世纪80年代的德国和90年代的美国就有建过压缩空气储能电站，但目前世界上仅有2座百兆瓦级传统的压缩空气储能电站。　　锂离子电池储能技术，现在锂离子电池产能很大，价格不断下降，但要用到大规模储能上，则要重视安全性问题和容量衰减问题。锂离子电池储能系统做得越大，其能量衰减就越快。　　钠硫电池储能技术，优点是能量密度较高、单个电池的开路电压高，是高温型蓄电池（350℃运行），缺点是液态硫和金属钠对氧化铝隔膜具有强腐蚀性，易引起爆炸，危险性大；电池防腐、隔热与安全防护要求高；制造成本高；启动时间长（数十小时至上百小时）。目前，全球范围内能制造钠硫电池的只有日本NGK公司，钠硫电池中的金属钠容易着火，有极大安全隐患。日本在2010年2月和2011年9月的两场大型钠硫电池着火事件给日本钠硫电池公司造成重大打击，导致很多订单退货。　　铅酸、（铅碳）电池储能技术，优点是铅酸电池技术成熟、价格低廉、安全性能相对可靠；铅碳电池可大幅度提高电池寿命，缺点是循环寿命短、环境污染。通过近几年对铅碳电池研究，结果表明如果铅碳电池做得好，同样条件下，铅碳电池的寿命要比铅酸电池增加5倍，但仍存在一些安全性问题。　　液流电池是未来发展趋势　　根据咨询公司Navigant 2015年对储能技术的相关预测，认为锂离子、液流电池、铅碳电池将成为未来储能技术的发展趋势。　　全钒液流电池储能技术的工作原理是利用钒离子价态变化，实现电能储存和释放。全钒液流电池的优势是，安全性好，比较适合大规模储能，特别是兆瓦以上的储能和时间比较长（4个小时以上）的储能；目前在电池中寿命最长，大于13000多次；充放电响应速度比较快；电解液可循环使用。缺点是比能量较低，不适合电动车，只适合固定电站。　　中国开发全钒液流电池具有先天优势。就钒资源来看，全球目前已知的资源储量大约有6300万吨，中国钒储量占世界38%。全球目前适合开采的钒资源储量为1300万吨，其中95%在中国、俄罗斯和南非。此外，迄今在全钒液流领域，中国整个产业链最全，所有材料均已实现国产化。　　处于产业化示范阶段的全钒液流电池正在成为新能源发电和电网的重要储能技术之一。去年，国家能源局批准建设的首个大型化学储能国家示范项目——大连液流电池储能调峰站，采用的是国内自主研发、具有自主知识产权的全钒液流电池储能技术，建成后将成为全球规模最大的全钒液流电池储能电站。
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动力电池无论是用在汽车上还是储能里都是关注的焦点，不过，动力电池最主要的是应用在汽车上。本文将从三个方面介绍一下动力电池产业发展态势。第一，动力电池的发展背景。目前，从国际上来看，混合动力汽车已经实现了产业化，插电式处于推广阶段，汽车处于示范阶段，不过，到2020年插电式和纯电动将快速发展，到2030年燃料电池汽车会有大幅度增长。中国的新能源汽车已经形成了比较完善的研发和产业体系，并且，也研制出了一系列的产品，这些产品已经在市场上进行大规模销售。从全球来看，中国新能源汽车的销量在整个市场上的份额已经超过50%。对未来新能源汽车发展趋势，国内已经做了很好的规划，在2017年发布的《汽车产业中长期发展规划》中提到，到2020年我国新能源汽车产销达到200万辆，2025年新能源汽车产销量要占整个汽车产销量20%以上。此外，节能和新能源汽车到2020年总保有量要达到500万辆，从现在的发展趋势来看，达到这些目标，问题不会很大。就是在这样的背景下，国内外对新能源汽车关键部位——动力电池，相关的研究方向和内容都进行了比较好的规划。比如，国际上一些主要的发达国家，尤其是汽车强国日本、美国、德国、韩国等这些国家，都对新能源汽车的动力电池做了比较详细的研发和研究的规划，涉及到从材料、电池系统集成、标准体系、新体系电池和下一代电池的内容，都进行了一些相关的研发布局。第二，动力电池技术发展现状及趋势。目前，大家对电池的要求比较高，希望能够达到和燃油车竞争的程度，比如，电池能量密度、功率密度、安全性、循环寿命、快速充电、温度的使用范围以及成本都能够达到大家的预期的目标。但是，想要完全达到这样的目标是很难的，只能通过大家的努力，部分达到相应的要求。锂离子电池的技术是大家研发的热点，无论是从材料还是电池系统集成，安全性仍然是一个很重要的方面。不过，锂离子电池的能量密度、功率密度，以及寿命和成本控制，已经有很大的提升，已经成为铅酸电池升级换代产品，能够实现对铅酸电池的替代。之前，通过国家的三个五年计划的支持，动力电池的技术有了快速地提升。实际上，动力电池的技术提升与国家整个战略导向有密切的关系，国家以纯电驱动作为主要的导向，从这个角度来看，锂离子电池应该向高品能方向做研发，整个电池材料体系也应该慢慢做一些转变。目前，国家在固态电池方面做了一些布局，一些高校和科研机构做了大量的研究工作，取得了比较大的进展。在国家政策的推动下，我国动力电池的产业化进展很快，补贴主要以电池的能量密度为主，磷酸铁锂的能量密度，现在已经达到150瓦时每公斤，如果达到这样指标就可以拿到1.2%补贴额度。通过补贴的方式提升了磷酸铁锂密度，2018年磷酸铁锂能量密度会达到160瓦时每公斤甚至170瓦时每公斤，到2019年会达到180瓦时每公斤。对三元材料能量密度大致在120-250瓦时每公斤，120瓦时每公斤就可以用在快充式大巴车上;在乘用车领域，要做到在230瓦时每公斤的基础上加减20。通过能量密度的提升，尤其是在补贴的推动下，实现对整个电池技术的推动，间接上也会推动整车技术的进步。第三，动力电池产业的现状和趋势。目前，动力电池主要集中在东亚区域，从全球来看，日本的技术是比较领先的，中国电池技术的进展也是巨大的，我相信，在未来的三五年时间里，中国的电池技术会做到全球第一位。据统计，我国生产动力电池的企业数量已经超过200多家，是全球生产动力电池最多的国家。从产业投资的角度来看，在动力电池的投资上也非常火爆。从目前来看，每单元瓦时的硬件投入，呈现快速下降的趋势，我国大概三四毛钱一瓦时，如果进一步做整个产能提升，还会有比较大的下降。从整个硬件的投入来说，一瓦时有可能做到一毛钱左右，不过，国内的整个投入还是以高投入为主，现在大家都是以三十亿、五十亿的大投入为主。从动力电池产业链的角度来看，中国已经形成全球最为完善的产业链，主要集中在长三角、珠三角和中原地区。比如，泰州就有很多企业在做动力电池的产业化，会形成一个比较小的区域优势。最后，动力电池的应用主要集中在四大领域。第一是A级车，也就是以纯电动为主的;第二是以插电为主的B级车;第三是以纯电动为主的商用车，如果在大巴车的领域最好是以快充为主;第四是40V的混合动力、微混合或者弱混合的用车领域。对动力电池来说，最主要就是这四大应用领域，我们平时看到的低速电动车，是动力电池非常大的应用领域，我国每年已经以百万辆的规模去做了。此外，我们应重视的两个方面的问题，一个是技术方面，一个是产业层面。技术层面上要以安全为主，在能量密度、功率密度、安全循环和成本之间要寻求平衡点。我们要采用自动化的装备来提高电池生产的一致性，并且，通过提高电池系统的设计来提升电池的开发和产业化的水平。从国家的角度来看，在产业层面上要能够对电池行业做一个规范发展，来提升动力电池的优质产能，从产业链的角度上做协同发展。对企业来说，一定要考虑有补贴和没有补贴的两种情况，以便对电池的技术路线和产业的路线提早做好规划和应对措施。
来源：盖世汽车
本文地址：https://www.d1ev.com/news/shichang/63425
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