中南大学唐有根教授：电化学储能技术助力全球能源转型！

21世纪世界面临的两个最重大问题是能源危机和环境污染，追根溯源，两个问题都和碳排放有关。

对症下药，世界各大经济体，相继出台了双碳政策。2020年9月，习主席在联合国大会上明确了中国的双碳目标二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。

“碳中和”战略正在撬动中国百万亿级的市场，既是重大挑战也是巨大机遇！

双碳目标推动能源结构转型与调整，但是，减少高碳排放的化石能源（如石油、煤炭等）使用，走绿色低碳的可再生能源（如太阳能、风能、潮汐能等）发展道路不是一帆风顺的。

可再生能源存在两个问题，一是受天气与季节影响很大，二是发电过程不连续不可控。

为使新能源在电力系统中发挥重要作用，结合电网侧、电源侧、用户侧需求现状，市场需要发展储能技术。

目前，众多储能技术里，抽水蓄能规模最大，电化学储能发展最迅速、最受期待。

2023年3月17日，由OFweek维科网、OFweek储能联合承办，天科新能源独家冠名的“OFweek 2023储能专场会议”在深圳机场希尔顿逸林酒店成功举办。

中南大学化学电源与材料研究所所长唐有根教授发表了题为《电化学储能技术的发展与应用》的精彩演讲。

中南大学化学电源与材料研究所所长唐有根教授（图）

百花齐放的电化学储能技术

电化学储能技术众多，包括锂离子电池、钠离子电池、液流电池、 金属空气电池等。

目前，成熟度较高的锂离子电池、全钒液流电池和铅炭电池等电化学储能技术都基本实现市场运营；钠离子电池、锌基液流电池、固态锂电池等新兴电化学储能技术也如雨后新笋般涌现，并以越来越快的速度实现从基础研究到工程应用的跨越。

锂离子电池是现阶段主流储能电池技术，种类众多，包括钴酸锂电池、锰酸锂电池、镍钴锰酸锂电池、磷酸铁锂电池等，其中锰酸锂和磷酸铁锂比功率和热稳定性好，镍钴锰酸锂有最高的比能量。

应用方面，钴酸锂电池成本高、能量密度高，主要应用领域为消费类电子产品。锰酸锂电池成本低、循环稳定性差，可用于低速电动汽车、储能电站以及电动工具等方面。磷酸铁锂电池、三元锂电池适用于电动工具、电动汽车及大规模储能领域。

液流电池技术是一种新型的大规模高效电化学储能技术，根据固相电极的种类不同，可分为铬铁液流电池、全钒液流电池、锌溴液流电池以及金属/空气液流电池等。

三种液流电池技术都具有高安全、大容量、低成本、可回收、绿色环保等优点。缺点则各有不同，铁铬液流电池工作电压低，电堆比功率低；锌溴液流电池密封性要求高；全钒液流电池能量密度受钒离子溶解度限制大，工作温度也只能局限在10～40℃内。

铝空气燃料电池以铝为负极，空气中的氧为正极，氢氧化钠或氢氧化钾水溶液为电解质，具有无毒、无害、无污染，可回收循环使用等特点。理论比能量可达8100Wh/kg，实际比能量超过500Wh/kg，是现有实用电池体系中最高的。

钠离子电池资源丰富、价格低廉、低温性能好，应用于大规模储能具有重要战略意义，缺点在于目前产业化配套不完善，制备成本高。

三大电化学燃料储能技术

电化学燃料储能技术主要有三种，分别是气体燃料储能技术、液体燃料储能技术和固体燃料储能技术。

气体燃料储能是以电能生产气体燃料进行储能的技术，也称电转气技术，如氢气储能。

液体燃料储能技术，主要指的是利用电解制造的氢气来合成液体燃料储存能量，如甲醇和氨，液态燃料相较气态燃料更容易存放和运输，且安全性相对较高。

金属（如锂、锌、铝等）作为固体储能燃料，可通过电化学反应转化为电能，反应产物通过电解/沉积过程储备能量重新得到相应的金属，实现电能的储存。

电化学储能项目

多年发展，多种电化学储能技术均已进入产业化阶段。锂离子电池储能发展最快、项目容量最大、数量最多。2021年中国新增131个电化学储能项目，锂离子电池储能项目120个。

2016年7月，比亚迪率先建成了我国第一座MW级磷酸铁锂电池储能电站，用于平抑峰值负荷以及光伏电站的稳定输出。

2019年，南方电网建设5MW/20MWh锂离子电池储能示范电站，以10kV电缆接入深圳110kV碧岭站，其主要功能定位为移峰填谷。

液流电池展现了极大潜力，据不完全统计，2019-2021年国内新增超11个液流电池储能项目，最大的阿克苏全钒液流电池产业园项目容量达到了400MWh。

2017年11月，中国科学院大连化物所开发的国内首套5kW/5kWh锌溴单液流电池储能示范系统，在陕西省安康市华银科技股份有限公司厂区内投入运行，在额定功率下运行时的能量转换效率超过70%。

2020年12月24日，国家电投集团公司的250千瓦/1.5兆瓦时铁铬液流电池光储示范项目投产运行。

钠离子电池是近年发展速度最快的电化学储能技术之一，2023年更被称为钠离子电池量产元年。

2021年6月28日，由华阳新材料科技集团有限公司（下称“华阳集团”）与北京中科海纳科技有限责任公司共同打造的全球首套1MWh钠离子电池储能系统，在山西综改示范区投运。

金属燃料电池项目方面，国际上NantEnergy公司为杜克能源公司建设的锌空气电池储能系统，容量为95.1KWh；加拿大Teck公司开发的锌燃料储能示范系统，容量为3KW/24KWh。国内在设计开发100KW/200MWh铝燃料战备能源系统，可实现100KW连续供电2000小时。

电化学储能技术在电源侧、电网侧、用户侧储能都得到了快速发展，是实现“双碳”目标，催生能源新业态，构建清洁低碳、安全高效现代能源体系的关键技术。