新一代液流电池储能技术开发

4月24-26日，由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月25日下午的“储能电站与技术应用（三）”专场，国家能源集团北京低碳清洁能源研究院新能源技术研究中心创新储能技术部门经理刘庆华在会上分享了主题报告《新一代液流电池储能技术开发》，以下为演讲实录：

刘庆华：大家下午好！我今天的主题是新一代液流电池储能技术开发。首先介绍一下我们集团，我们主要的业务板块有八个，包括煤炭、火电、新能源、水电、运输、化工以及其他方面。我们单位低碳院目前有700多名员工，主要从事技术研发，在德国有一个光伏基地，在美国有一个研发中心，同时有两个下属的子公司。

过去两天，大家谈到了很多关于储能技术的各种标准还有每个人的一些思考。我也是列出了评价储能技术，尤其大规模储能技术的主要指标。我不想重复所有指标了，但是我想提的是有三个S。第一个是资源可利用性，还有安全，还有就是成本。美国能源部有一个标准，储能技术如果能大规模实现应用，必须达到火力发电的成本水平，以80%的效率，5000循环，算起来LCOE的成本就是这个。关于资源的有效性和资源的可利用性，有几个关键技术大家都知道。锂元素的丰度是20PPM，排32位，钒是160PPM，排20位，铜是50PPM，大概排在第26位。我们理解，最终储能的竞争可能是一个长期的资源竞争。今天和昨天也听了很多报告，大家都有很多非常乐观的预测，在做预测时一定要考虑资源的有效性。这里列出了一个主要的储能技术和应用场景。这些储能技术基于它的原理进行了划分。大家通常是从储能的容量和功率这两个维度去考虑，实际是远远不够的。把前面八个标准放进去一定是多维度的。现在我们的技术和市场方面完全达不到量身订作。针对市场去开发相应的产品，在研发这一块应该加快研发的力度和投入。

我们选择的项目是液流电池项目。是基于它的原理和自身独特的优点。它不存在起火爆炸的因素，这是我们比较看中的一点。同时它的残值比较高，对于电解液的回收来讲，它就是一个简单化学品的回收。目前有成熟的技术来回收，不需要重新开发回收电解液的技术。目前至少有两家公司，一家瑞士公司一家美国公司已经将某些液流电池用在汽车上面。而且已经做出了实际的样车。液流电池主要依据其采用的活性物质分类，目前已经报道的体系超过一百种，活性物质的种类对电池的性能和应用领域起决定作用。我们把活性的物质放在二维图里面。基于108个项目的不完全统计，商业示范这一块目前有六种技术，前三位大概占了所有示范项目的九成。2017年底之前，最大的是德国的项目，是700兆瓦。如果所有项目都顺利建成，可以超过一个GW。我们得出的结论是经过近些年的发展，液流电池已经具备竞争的能力。但是还存在问题。典型功率密度数据是100加减20毫瓦每平方厘米。能量密度这一块刚才提到，能量密度偏低，体积同时比较大。最主要问题就是成本，现在典型成本在4500元人民币。通过技术进步这个事情是可以解决的，但是会很慢。我们想有没有突破性的技术把时间轴往前移。

我们也在尝试，理论上这个事是行得通的。当前液流电池的成本和功率密度的关系。这里不再重复。成本在800美元左右。当我们功率密度提到200以上，这个成本会迅速地下降。我们瞄准的就是200-600区间。另外一个考量就是刚才介绍了我们集团，我们集团也比较特殊，同时具备了上游供应商和下游客户两个属性。我们最大的业务还是煤炭，同时有非常成熟的煤化工技术。出来的产品经过深度加工都可以成为液流电池的材料。同时，在风力发电、运输以及煤化工和煤矿在储能这一块都有非常巨大的市场。风力发电目前是全世界最大的，超过35GW的装机容量。我们确定了这个技术的开发路线图。第一步，就是要把电堆的功率密度做上去。功率密度更高，体积更小，但是输出不变。第二步要把电解液的浓度提上去。这两个分别是第一代第二代技术。我们是从2016年初开始做这个事情。主要是刚才提到第一代。到今年经过小试，初步的中试，准备开始做示范。相对探索成功的东西会进入上面商业化路径来进一步加深技术的实力，同时我们最早的定位也是一定做这种原创性的想法。把我们的想法真正地实现出来。

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这里向大家汇报一个简单的进展。小试这一块最主要指标功率密度做到1050毫瓦每平方厘米。不光我们在做，也有几家在做这个尝试。商业化的电堆一般是在100毫瓦每平方厘米。我们小试成功以后进行了放大，目前的电堆典型的基础模块比较大的是五千瓦，效率和商业化相当，但是功率密度和电流密度要高两到三倍。我们有完整的测试平台，从小试到中试一直到流体力学模拟能力。我们也进行了一些探索，主要做了两方面工作。第一个是做了电级材料，电级材料用的是碳纤维，我们专门有一个碳组，把碳纤维做出来。将碳纤维做成了碳电极。这个材料的附加值很高，但是我们的原料成本很低。另外一个，是一个复合材料，双极板材料可以同样用在燃料电池上。

最后是一个总结，典型的还是这个技术，刚才提的第一代高功率密度技术，一个是电堆的小型化，一个是功率密度高。有了这两点之后最终实现了电池低成本，化同时进一步降低储能模块的成本。这里向大家汇报了我们这个项目的进展。液流电池本身这个行业目前还是规模比较小，相应的研发单位和企业也不多。这里也是呼吁大家团结起来一起推动这个领域的开发。希望有机会和大家进行交流，谢谢各位！