【所屬領(lǐng)域】
新能源、新材料
【成果介紹】
儲(chǔ)能技術(shù)是解決大規(guī)模可再生能源高效入網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的重要途徑。本成果新型液態(tài)金屬電池采用液態(tài)金屬和無機(jī)熔鹽作為電極和電解質(zhì)，具有壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、成本低、安全可靠等優(yōu)勢(shì)，是規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域的理想選擇。電池設(shè)計(jì)與工作原理為：電池正負(fù)極均為金屬，電解質(zhì)為無機(jī)鹽，運(yùn)行時(shí)正負(fù)極金屬和無機(jī)鹽電解質(zhì)均為熔融態(tài)，液態(tài)金屬與無機(jī)熔鹽互不混溶，且由于密度差自動(dòng)分為三層。在設(shè)計(jì)電極和電解質(zhì)材料時(shí)，上層負(fù)極液態(tài)金屬密度最小，下層正極液態(tài)金屬密度最大，中間熔鹽電解質(zhì)層密度居中，熔鹽電解質(zhì)兼作正負(fù)極間隔離層。
圖1 液態(tài)金屬電池示意圖(a)放電(b)充電
基于該設(shè)計(jì)原理，團(tuán)隊(duì)先后開發(fā)了環(huán)境友好的鋰-銻-錫體系，電成本低廉的鋰-銻體系，高電壓、高比能的鋰-碲-錫體系以及資源豐富可持續(xù)的鈉基液態(tài)金屬電池等新體系；攻克了大容量液態(tài)金屬電池構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了500 Ah級(jí)大容量液態(tài)金屬電池單體；解決了大容量電池界面的穩(wěn)定性難題，實(shí)現(xiàn)大容量電池的長(zhǎng)效服役；突破了電池成組與高效管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了液態(tài)金屬電池堆的示范驗(yàn)證。
圖2 液態(tài)金屬電池單體照片
【技術(shù)優(yōu)勢(shì)】
本成果液態(tài)金屬電池儲(chǔ)能技術(shù)在面向大規(guī)模的電網(wǎng)儲(chǔ)能，中長(zhǎng)時(shí)間尺度（若干小時(shí)及以上）的出力平滑、可再生能源入網(wǎng)、調(diào)峰及分布式系統(tǒng)能量管理等應(yīng)用場(chǎng)景中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，具體體現(xiàn)在：
（1）全液態(tài)結(jié)構(gòu)避免了傳統(tǒng)固態(tài)電極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性導(dǎo)致的壽命限制問題，電池服役壽命長(zhǎng)（循環(huán)壽命20年/15000次以上）。
（2）電池采用不可燃的熔融無機(jī)鹽作為電解質(zhì)，安全性高；液-液界面反應(yīng)速率快、自修復(fù)能力強(qiáng)，電池可靠性高。
（3）全液態(tài)電極/電解質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)自裝配，電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易放大生產(chǎn)；電池材料來源廣泛，無需成本較高的電池隔膜，生產(chǎn)和材料成本較低，可以滿足大規(guī)模儲(chǔ)能的低成本要求（預(yù)期度電使用成本低于0.2元/kWh）。
【市場(chǎng)前景】
本成果液態(tài)金屬電池儲(chǔ)能技術(shù)可應(yīng)用于規(guī)模電力儲(chǔ)能領(lǐng)域。《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2021》預(yù)測(cè)，20221-2025年電化學(xué)儲(chǔ)能規(guī)模將以57.4%的復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，到2025年累積投運(yùn)規(guī)模有望達(dá)到35.53GW（保守場(chǎng)景），最高可達(dá)55.9GW（理想場(chǎng)景）。按液態(tài)金屬電池占據(jù)10%儲(chǔ)能市場(chǎng)計(jì)，其年產(chǎn)值將超過70億元人民幣。
【知識(shí)產(chǎn)權(quán)】
本成果申請(qǐng)了多項(xiàng)中國發(fā)明專利，下表是部分展示：
【合作方式】
技術(shù)許可、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、作價(jià)入股、技術(shù)開發(fā)、技術(shù)咨詢、面談等。
【專家介紹】
蔣凱，華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，國家重大人才計(jì)劃入選者，英國皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士，湖北省特聘專家。1999年和2006年先后于武漢大學(xué)化學(xué)系獲得學(xué)士和博士學(xué)位，2007至2012年先后在美國奧本大學(xué)、麻省理工學(xué)院從事博士后研究。長(zhǎng)期從事新能源材料和新型儲(chǔ)能技術(shù)研究，主持國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重大項(xiàng)目、基金委重點(diǎn)項(xiàng)目等，在Nature，Energ. Environ. Sci., Angew. Chem.Int. Ed.等國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文100余篇，申請(qǐng)/授權(quán)發(fā)明專利50余項(xiàng)。現(xiàn)為中國化工學(xué)會(huì)儲(chǔ)能工程專業(yè)委員會(huì)副主任、中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)電工理論與新技術(shù)委員會(huì)副主任、IEEE PES中國區(qū)電動(dòng)汽車技術(shù)委員會(huì)動(dòng)力電池技術(shù)分委會(huì)副主席、中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)儲(chǔ)能專業(yè)委員會(huì)委員、中國金屬學(xué)會(huì)熔鹽化學(xué)與技術(shù)分會(huì)委員和中國有色金屬學(xué)會(huì)熔鹽化學(xué)與技術(shù)專業(yè)委員會(huì)委員等。
【聯(lián)系方式】
成果編號(hào)：CG22015
