新一代动力电池与储能电池

近日，在“2023（第十七届）动力锂电池技术及产业发展国际论坛”上，中国科学院大连化学物理研究所动力电池与系统研究部部长/加拿大皇家科学院院士/加拿大工程院院士陈忠伟对下一代动力与储能电池发展的背景、挑战、方向进行了深入剖析，并重点分析锌空气电池相关创新进展。

新一代动力电池和储能电池发展面临3大挑战

挑战一：安全、续航和成本问题仍制约着动力和储能电池发展
陈忠伟院士表示，动力电池和储能电池发展均需要重视安全性能发展，但二者发展的侧重点有所不同，当前，里程焦虑是动力电池发展主要挑战之一，亟需推动高能量密度电池的快速发展。储能电池方面，电池的持续降本，是实现锂电池储能大规模应用的关键。他同时指出，不论管是新型的动力电池还是储能电池，均要实现在能量密度、功率密度、安全性、低成本等综合性能的平衡，同时实现能源与资源的平衡，能量与安全的平衡，也即通过发展高压化、高能量、固态化、大功率、去锂化、无钴化电池，去实现电池性能的提升和成本的下降。
挑战二：欧美相继入场，全球动力电池市场迎新变局
“双碳”战略背景下，新能源产业蓬勃发展带动锂电池需求迅速攀升，2017年至2022年，全球锂电池出货量由160GWh增长至958GWh，实现43%以上复合增长。其中，动力电池出货量684.2GWh，储能电池出货量159.3GWh。预计2025年全球锂电池出货量将达2347GWh。在全球锂电池市场前景发展可期背景下，欧美国家也在相继出台一系列新的政策及资金的支持来发展下一代的动力电池和储能电池技术，并明确提出本土化要求。其中，美国能源部从《两党基础设施法案》提供28亿美金给12个州的20家电池相关生产制造企业，以支持美国本土电池供应链，设计锂金属，负极，正极，粘结剂，电解液等多个类别，并通过《两党基础设施法案》，将投资总计超过1350亿美元，以建设美国的电动车、重要矿物原材料的供应与电池制造，重塑美国本土电池相关供应链格局。此外，拜登政府还发起一项美国电池材料倡议（American Battery Materials Initiative），致力于动员整个政府，以及确保用于电力、电气和电动车的关键矿物材料的稳定持续供应。
同时，今年以来，美国能源部刚布局了新的研究计划，该计划包含非水系动力电池和水系储能电池两个体系，预计他们即将为此投入60亿美元的研发和中试资金，以此推动其发展为下一代的动力电池和储能电池，这对中国电池科研和产业的未来思考提供了一个方向。
陈忠伟院士进一步表示，这也意味着对中国电池产业界提出了新的挑战，第一个挑战是国内电池产业如何顺利进军国际市场，第二是我国下一代电池技术能否继续保持世界领先水平。
挑战三：下一代电池智能控制系统能否实现智能化管理
智能电池管理系统广泛应用于电动汽车、储能系统等领域，为新能源设备提供安全、高效、可靠的电池管理解决方案。陈忠伟院士表示，下一代电池智能控制系统的挑战之一，在于能否跟人工智能进行有效结合，实行真正的智能化管理。

锂金属、锌空气等技术是下一代动力电池和储能电池的发展方向

陈忠伟院士指出，为实现动力电池安全性更高、工作温度范围更宽、能量密度突破600Wh/kg等目标，可以发展富锂锰基/硅碳锂离子电池，硫、金属氧化物正极的锂金属电池，锌空气电池，以此迈向安全性好、高能量密度的动力电池。
储能电池方面，他认为下一代储能电池将具备安全性更高、工作温度范围更宽、成本低、寿命长、效率高的特点，他认为锂金属电池、锌空气电池、全钒电池、水系液流电池、锌离子电池、钠离子电池是下一代储能电池发展方向，其中液流电池储能技术，由于具备安全性高、无爆炸着火隐患，功率容量可独立设计，寿命长、可深度充放电，效率高、环境友好等优势，液流电池技术是大规模储能的首选技术之一！
锌空气电池的优势是成本低、安全性高、能量密度非常高，其能量密度可以做到锂离子电池的2-3倍，可以达到1500Wh/L。但是当前锌空气电池并未得到大面积商业化应用，主要是面临三方面的挑战。
首先，锌负极在充电过程中形成枝晶，并发生锌氧化及析氢反应降低电池能量密度。
其次，锌电极在碱性溶液中是不稳定的，自放电率高，电解液易渗漏，功率输出有限，使用寿命短。
此外，可充锌空气电池的空气电极在充放电过程中需要发生可逆的氧还原和氧析出反应。由于该类反应涉及固-液-气三相界面，因此动力学过程非常缓慢。所以，目前设计具有高活性与稳定性催化作用的空气电极尤为重要。
氢能在储能领域怎么样？

“ 电-氢-电两次转换的能量转化效率仅有31.5-40%”

氢能在电力系统中存在应用潜力。理论上也可以通过电-氢-电的转化过程，用于电力系统中的储能和发电。储能方面，氢作为能量载体，可用于长时储能，或替代输电进行远距离运输；发电方面，氢可以通过燃料电池或燃气轮机发电，用于电网平衡（调峰）、作为分布式电源等。
氢能电力系统发展阶段尚早，能量效率是主要瓶颈。按照ALK电解槽工作效率70-80%、PEM燃料电池工作效率45-50%估算，电-氢-电两次转换的能量转化效率仅有31.5-40%；若考虑储运阶段的系统损耗，氢能电力系统的实际能量效率可能更低。

氢能可用于建筑领域，助力减排。2020 年我国供暖、生活热水、烹饪、家庭用电等占终端用能的近20%。

来骑哦集团致力于动力电池行业的发展，专注于动力电池的研发、生产和销售。我们的产品应用于两轮新国标电动车、混合动力汽车、纯电动汽车等领域，具有高能量密度、长寿命、安全可靠等特点，深受客户信赖。未来，我们将继续加大研发投入，推动动力电池技术的不断创新和进步，为客户提供更加优质的产品和服务。