“鋰電池由于產(chǎn)業(yè)化基礎較好，且具有明顯的成本優(yōu)勢，是眾多儲能技術(shù)中最具工業(yè)化推廣前景的技術(shù)之一。而就鋰電池材料的結(jié)構(gòu)和組成來看，磷酸鐵鋰材料具有安全、長壽命和低成本的優(yōu)勢，因此磷酸鐵鋰電池體系在經(jīng)濟性和安全性上最有望滿足規(guī)?；瘍δ軕玫囊蟆！?/p>

——華中科技大學謝佳教授

2019年9月25日第二屆中國儲能西部論壇在青海舉辦。本次會議由中國能源研究會儲能專委會，青海大學，黃河上游水電開發(fā)有限責任公司，國網(wǎng)青海省電力公司，青海能高新能源有限公司，華能清潔能源技術(shù)研究院，中關村產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟聯(lián)合會，中關村海東科技園等聯(lián)合主辦，青海省清潔能源高效利用重點實驗室、中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟承辦。北極星儲能網(wǎng)對論壇進行全程直播。

華中科技大學謝佳教授在論壇做了題為“低成本長壽命磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)”的報告。

華中科技大學謝佳教授：

尊敬的史局長，尊敬的各位專家，領導，非常高興今天有機會來到這里，特別感謝組委會，特別是梅生偉老師的邀請，剛才大家已經(jīng)聽到了非常精彩的梅老師的壓縮空氣儲能，以及對微電網(wǎng)的系統(tǒng)的工作。我今天的報告給大家介紹一下電化學儲能技術(shù)中的磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)，相信大家對這個體系也非常熟悉。

我的本科和博士都是學化學的，畢業(yè)后現(xiàn)在工業(yè)界工作了7年，在2015年獲得國家人才計劃支持，回到學校，加入了華中科技大學電氣與電子工程學院。我們課題組主要做兩大方面的工作。一個方面，是延續(xù)我工業(yè)界的工作，因為我以前一直做磷酸鐵鋰材料和電池。回到學術(shù)界的第一件事，就是如何推廣磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)在規(guī)?；瘍δ苤械膽?。另一方面，則是開展基礎研究，主要是圍繞高比能、低成本和高安全的特性，開發(fā)新型的電化學儲能材料和器件，主要包括基于成本低廉的天然高分子的儲能材料和器件，高比能鋰硫電池，在追求高比能的同時，一定不能忘了安全特性，因此我們開發(fā)一些固態(tài)電池的關鍵材料和技術(shù)。感興趣的朋友可以到我們課題組的網(wǎng)站去查詢最新的進展。

我的報告包括三個部分：首先簡單介紹一下華科電氣學院的儲能團隊，其次分析規(guī)?；瘍δ苁袌龅默F(xiàn)狀與挑戰(zhàn)，最后介紹磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)的技術(shù)和發(fā)展思路。我們團隊的負責人是程時杰院士，程院士早在20年前就提出在電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)?；瘍δ埽覀儓F隊先后研究了物理儲能和化學儲能在規(guī)?；瘍δ苤械膽茫瑘F隊的課題組包括了研究儲能本體，儲能系統(tǒng)控制，儲能系統(tǒng)應用以及在含高比例可再生能源系統(tǒng)中的應用等多個環(huán)節(jié)。團隊依托華科的電氣學院和強電磁工程與新技術(shù)國家重點實驗室，打造了先進電工材料與器件研究中心，主要是面向國家的重大需求開發(fā)電工新材料和器件，開展多學科交叉的研究以及應用，儲能技術(shù)是其中的重點方向之一。

剛才面向規(guī)?；瘍δ艿氖袌雠c需求，大家聽到了很多重量級專家的發(fā)言和報告。能源是每個人生活不可或缺的。能源在獲取、傳輸與轉(zhuǎn)化、存儲與利用等多個環(huán)節(jié)都在不斷的追求低碳化、清潔化和高效化。電能是一種高品位能源，美國工程院的報告指出電能的廣泛應用是人類20世紀最重要的成就。電能的優(yōu)勢非常明顯，在我們國家能源終端消費中占比越來越高。但傳統(tǒng)電力的問題也不可忽視，電一般是即發(fā)即用的，遠距離安全傳輸有一定的挑戰(zhàn)，另外，它的時空分布特性不是很理想，商品的屬性也常常得不到有效的發(fā)揮，而儲能技術(shù)將為上述的問題提供非常有效的技術(shù)支撐。這里列舉了很多可規(guī)模化儲能的技術(shù)圖表，沒有一種儲能技術(shù)能夠涵蓋整個圖。中間我想特別指出的是電化學儲能，所有這些綠色的板塊，它占的比例相當大，而除了功率、能量特性以外，我們還要更多的關注它的壽命，安全，經(jīng)濟性和運維的方便性。我們國家對儲能的需求更是迫在眉睫。2017年全國用電量已達到6.3萬億度，未來這個數(shù)子個還會不斷的增加，而可再生能源的裝機比例超過1/3，高比例可再生能源的供給相當于未來很長一段時間是必須要面對的挑戰(zhàn)，棄風棄光的比例較高，有的地方報導沒有棄風棄光，但實際上火電作出了很大的讓步。用戶側(cè)，隨著電動汽車等新型電氣裝備的使用，用戶對用電的便捷、高效、多元要求越來越高，這些都需要儲能技術(shù)。而電化學儲能技術(shù)由于其靈活高效，高比能、長壽命、低成本的特點，越來越受到關注。發(fā)展高安全大容量的規(guī)?；娀瘜W儲能技術(shù)是未來的重要方向。在電化學儲能技術(shù)中心，大家最熟悉也是使用最多的就是鋰離子電池。自90年問世以來，不管在民用，特種都得到了大規(guī)模推廣。目前已經(jīng)發(fā)展到大容量，規(guī)?；瘍δ埽珉妱悠?，儲能電站等等。鋰電池的產(chǎn)業(yè)成熟，成本低廉，最有望滿足規(guī)?；瘍δ艿男枨?。但是目前的鋰電池儲能系統(tǒng)在功能性上絕大部分套用了電動汽車電池系統(tǒng)的設計，在經(jīng)濟性和功能性上還有很大的提升空間。

此外，去年發(fā)生了非常多的儲能電站的火災事故，使大家對儲能的應用產(chǎn)生了一定的擔憂，特別是今年電網(wǎng)側(cè)的儲能應用踩了一定的剎車。但我個人還是非?？春娩囯姵貎δ芟到y(tǒng)的發(fā)展。舉了一個類比，2018年儲能市場與2011年電動汽車的市場形勢非常類似，都是高速發(fā)展中發(fā)生了大量安全事故，技術(shù)路線爭議較大，產(chǎn)品和企業(yè)的盈利能力較差，但未來市場的容量和增長空間巨大，目前的技術(shù)積累和市場鋪墊必將在未來5-10年獲取巨大的收獲。從技術(shù)路線出發(fā)，應該注重技術(shù)的安全性和經(jīng)濟性上，是否能滿足大規(guī)模儲能的需求，這里會重點介紹一下為什么我這么看好磷酸鐵鋰電池儲能術(shù)。

目前大容量的鋰電池中應用最成熟的是三元和磷酸鐵鋰體系。而回到鋰電池的基本原理，主流的鋰離子電池的負極，隔膜和電解液都比較類似，在這種情況下，正極材料的結(jié)構(gòu)和組成，很大程度上決定了電池的特性。首先磷酸鐵鋰材料是橄欖石結(jié)構(gòu)，在充放電前后，結(jié)構(gòu)變化小，壽命長，熱穩(wěn)定性遠好于其他正極材料。安全性和壽命上磷酸鐵鋰電池是最好的選擇。從組成上看看，磷酸鐵鋰主要是鐵和磷，三元材料含有鎳和鈷，因此規(guī)?；茝V，磷酸鐵鋰材料在經(jīng)濟性也是最好的。從簡單的邏輯出發(fā)，如果使用鋰電池儲能，磷酸鐵鋰一定是首選。另外，從安全性角度分析，從我國的電動汽車事故分析發(fā)現(xiàn)，采用三元電池體系的占60%，而用磷酸鐵鋰電池的只有11%。韓國三元電池技術(shù)非常成熟，但是采用三元電池的儲能電站發(fā)生了20多起事故，遠超過中國。就在昨天又有一起起火事故。三元電池目前都還沒有成熟使用在電動大巴上，為什么可以用在規(guī)模更大的儲能電站上。所以，采用磷酸鐵鋰的儲能電池路線是從經(jīng)濟性和安全性層面出發(fā)最好的選擇。

盡管如此，就磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)，還需要進一步去提高它的經(jīng)濟性和安全性。首先我覺得要去提高電極的比能量，因為高比能的電極可以從提高比能量的角度降低成本，另外需要考慮材料的再生利用，降低材料成本。而安全性上主要是從提高電池本征安全性出發(fā)。

例如，我們課題組和和美國的馬里蘭大學合作開發(fā)的具有低孔彎曲度的直孔電極，這個概念將電極厚度提升了10倍，單位面載量比商業(yè)化鋰電池正極提高3倍。另一方面，石墨負極通過預鋰化技術(shù)可以直接提高7-10%容量，我們課題組開發(fā)的對潮濕空氣的金屬鋰技術(shù)就可以作為預鋰化材料使用。通過一個很簡易的方法和廉價的材料，可以快速在金屬鋰表面形成保護膜，不僅有利于鋰的均勻沉積，還大幅度提高對水分的穩(wěn)定性，在80%濕度的空氣中暴露3個小時后再裝到高比能電池中，仍可以穩(wěn)定循環(huán)。這兩個技術(shù)結(jié)合，有望使能量密度再提升到30%以上，成本可以下降20%以上，對規(guī)?；瘍δ苓€是很可觀的。

另外提高電池本征安全性可以從阻斷電池熱失控，阻止電池模組的熱失控擴展以及系統(tǒng)層面的防護預警出發(fā)，我相信這些技術(shù)結(jié)合新型滅火技術(shù)能較好的解決規(guī)?；瘍δ芟到y(tǒng)的安全性問題。此外在電能變化裝置上和電力電子技術(shù)上也有很大的提升空間。綜合來看，我們今年通過和產(chǎn)業(yè)界的合作，也開展了一些應用和成果轉(zhuǎn)化的工作。為儲能定制開發(fā)了能量密度大于150Wh/kg，長壽命和低成本的磷酸鐵鋰電池和模組。開發(fā)的集裝箱式儲能系統(tǒng)價格已經(jīng)低于1500元/kWh，2年內(nèi)有望降到1000元/kWh。

總的來說，電化學儲能是儲能技術(shù)中的一種，由于產(chǎn)業(yè)成熟度高，在規(guī)模化儲能市場有較好的應用前景，電力系統(tǒng)因為大規(guī)模的可再生能源的接入，也正在經(jīng)歷“源-網(wǎng)-荷-儲”多層面的結(jié)構(gòu)性變革。我非常看好中國在綜合能源系統(tǒng)上的發(fā)展，需要強調(diào)的是，我們進入到了能源系統(tǒng)變革的領域，需要完全走自主創(chuàng)新的路線，我們國家是能源消費大國，我相信不久的未來，也必將考我們自己的努力，成為能源創(chuàng)新強國。謝謝大家！