什么電池可循環(huán)使用超萬(wàn)次？錳氫氣電池可循環(huán)充電1w次
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-04 12:27
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記者7日獲悉，由美國(guó)斯坦福大學(xué)崔屹教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)介紹了一種可循環(huán)充電1萬(wàn)次以上的錳氫氣電池，可實(shí)現(xiàn)10年以上的穩(wěn)定性能。該成果發(fā)表在《自然·能源》上。
據(jù)該成果的第一作者、美國(guó)斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的陳維博士介紹，他們發(fā)明的錳氫氣電池使用高表面積的碳作為正極集流體，易溶于水的硫酸錳鹽作為電解液，由催化劑控制的氫氣作為負(fù)極。該電池從設(shè)計(jì)、充放電原理、測(cè)試方法和性能上都有別于以往任何水系電池。
成果顯示，錳氫氣電池具有非常優(yōu)異的電化學(xué)性能，比如穩(wěn)定的放電電壓1.3伏，高倍率的放電電流100mA/cm2，大于1萬(wàn)次的穩(wěn)定循環(huán)，以及較高的質(zhì)量能量密度139Wh/kg和體積能量密度210Wh/L。而且，該電池很容易放大用于大規(guī)模儲(chǔ)能。
大規(guī)模儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)可再生能源普及應(yīng)用的核心技術(shù)?，F(xiàn)有的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)（如抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能）以及各種蓄能電池（如鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池）等均存在不同的問(wèn)題，遠(yuǎn)不能滿足大規(guī)模儲(chǔ)能廉價(jià)、安全、高能量密度和高穩(wěn)定性的要求。崔屹表示：“錳氫氣電池的發(fā)明將對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能的格局產(chǎn)生重要影響，進(jìn)一步緩解由傳統(tǒng)化石能源帶來(lái)的嚴(yán)重碳排放和空氣污染。”
了解，發(fā)達(dá)國(guó)家用于電站調(diào)峰和風(fēng)力儲(chǔ)能的釩電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，技術(shù)已經(jīng)基本成熟。在日本，大功率釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)已投入使用，并全力推進(jìn)其商業(yè)化進(jìn)程，北海道的釩電池示范系統(tǒng)已經(jīng)充放電27萬(wàn)次；美國(guó)也將釩電池列在儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的首要位置。在我國(guó)，釩電池產(chǎn)業(yè)還處于起步階段。然而資料顯示，我國(guó)釩儲(chǔ)量占全球儲(chǔ)量的35%，居全球第一位，釩產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的48%，得天獨(dú)厚的釩資源優(yōu)勢(shì)為我國(guó)釩電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了十分有利的條件。
2012年，由融科儲(chǔ)能公司建設(shè)的“5MW/10MWh全釩液流電池儲(chǔ)能應(yīng)用示范電站”在沈陽(yáng)市龍?jiān)磁P牛石風(fēng)電場(chǎng)落成，并順利通過(guò)遼寧電網(wǎng)和業(yè)主的驗(yàn)收，各項(xiàng)指標(biāo)全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求。“這是目前世界上第一套實(shí)際并網(wǎng)運(yùn)行超過(guò)四年的5MW級(jí)釩電池儲(chǔ)能電站，標(biāo)志著我們公司在該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)、成套產(chǎn)品生產(chǎn)等方面處于國(guó)際領(lǐng)先水平。”大連融科儲(chǔ)能技術(shù)有限公司總裁助理王曉麗告訴《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》記者，該儲(chǔ)能電站直接接受遼寧省電力公司調(diào)度，參與電網(wǎng)削峰填谷，有效提高電網(wǎng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電的接納能力，推動(dòng)可再生能源發(fā)電的健康發(fā)展，促進(jìn)了節(jié)能減排。
穩(wěn)定運(yùn)行四年多以來(lái)，該儲(chǔ)能系統(tǒng)大大提高了風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的可靠性。相較于常規(guī)發(fā)電機(jī)組，風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電具有較大的波動(dòng)性和隨機(jī)性，無(wú)法根據(jù)實(shí)際需求隨時(shí)保障平穩(wěn)供電。“比如某天下午三點(diǎn)，電力公司要為A用戶提供兩小時(shí)50兆瓦功率的電力，如果當(dāng)時(shí)風(fēng)力不足就無(wú)法滿足所需功率。”王曉麗說(shuō)，而儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)時(shí)吸收和釋放功率，可以使風(fēng)電場(chǎng)更加適應(yīng)電力系統(tǒng)調(diào)度的運(yùn)行需要，將其作為有效電源進(jìn)行管理。此外，儲(chǔ)能系統(tǒng)在平滑風(fēng)電場(chǎng)出力、提高風(fēng)電供電可靠性等方面也發(fā)揮著十分重要的作用。
據(jù)該成果的第一作者、美國(guó)斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的陳維博士介紹，他們發(fā)明的錳氫氣電池使用高表面積的碳作為正極集流體，易溶于水的硫酸錳鹽作為電解液，由催化劑控制的氫氣作為負(fù)極。該電池從設(shè)計(jì)、充放電原理、測(cè)試方法和性能上都有別于以往任何水系電池。
成果顯示，錳氫氣電池具有非常優(yōu)異的電化學(xué)性能，比如穩(wěn)定的放電電壓1.3伏，高倍率的放電電流100mA/cm2，大于1萬(wàn)次的穩(wěn)定循環(huán)，以及較高的質(zhì)量能量密度139Wh/kg和體積能量密度210Wh/L。而且，該電池很容易放大用于大規(guī)模儲(chǔ)能。
大規(guī)模儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)可再生能源普及應(yīng)用的核心技術(shù)?，F(xiàn)有的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)（如抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能）以及各種蓄能電池（如鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池）等均存在不同的問(wèn)題，遠(yuǎn)不能滿足大規(guī)模儲(chǔ)能廉價(jià)、安全、高能量密度和高穩(wěn)定性的要求。崔屹表示：“錳氫氣電池的發(fā)明將對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能的格局產(chǎn)生重要影響，進(jìn)一步緩解由傳統(tǒng)化石能源帶來(lái)的嚴(yán)重碳排放和空氣污染。”
了解，發(fā)達(dá)國(guó)家用于電站調(diào)峰和風(fēng)力儲(chǔ)能的釩電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，技術(shù)已經(jīng)基本成熟。在日本，大功率釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)已投入使用，并全力推進(jìn)其商業(yè)化進(jìn)程，北海道的釩電池示范系統(tǒng)已經(jīng)充放電27萬(wàn)次；美國(guó)也將釩電池列在儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的首要位置。在我國(guó)，釩電池產(chǎn)業(yè)還處于起步階段。然而資料顯示，我國(guó)釩儲(chǔ)量占全球儲(chǔ)量的35%，居全球第一位，釩產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的48%，得天獨(dú)厚的釩資源優(yōu)勢(shì)為我國(guó)釩電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了十分有利的條件。
2012年，由融科儲(chǔ)能公司建設(shè)的“5MW/10MWh全釩液流電池儲(chǔ)能應(yīng)用示范電站”在沈陽(yáng)市龍?jiān)磁P牛石風(fēng)電場(chǎng)落成，并順利通過(guò)遼寧電網(wǎng)和業(yè)主的驗(yàn)收，各項(xiàng)指標(biāo)全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求。“這是目前世界上第一套實(shí)際并網(wǎng)運(yùn)行超過(guò)四年的5MW級(jí)釩電池儲(chǔ)能電站，標(biāo)志著我們公司在該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)、成套產(chǎn)品生產(chǎn)等方面處于國(guó)際領(lǐng)先水平。”大連融科儲(chǔ)能技術(shù)有限公司總裁助理王曉麗告訴《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》記者，該儲(chǔ)能電站直接接受遼寧省電力公司調(diào)度，參與電網(wǎng)削峰填谷，有效提高電網(wǎng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電的接納能力，推動(dòng)可再生能源發(fā)電的健康發(fā)展，促進(jìn)了節(jié)能減排。
穩(wěn)定運(yùn)行四年多以來(lái)，該儲(chǔ)能系統(tǒng)大大提高了風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的可靠性。相較于常規(guī)發(fā)電機(jī)組，風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電具有較大的波動(dòng)性和隨機(jī)性，無(wú)法根據(jù)實(shí)際需求隨時(shí)保障平穩(wěn)供電。“比如某天下午三點(diǎn)，電力公司要為A用戶提供兩小時(shí)50兆瓦功率的電力，如果當(dāng)時(shí)風(fēng)力不足就無(wú)法滿足所需功率。”王曉麗說(shuō)，而儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)時(shí)吸收和釋放功率，可以使風(fēng)電場(chǎng)更加適應(yīng)電力系統(tǒng)調(diào)度的運(yùn)行需要，將其作為有效電源進(jìn)行管理。此外，儲(chǔ)能系統(tǒng)在平滑風(fēng)電場(chǎng)出力、提高風(fēng)電供電可靠性等方面也發(fā)揮著十分重要的作用。
