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“钠海泛舟”,助推储能技术发展——钠离子电池技术线上学术会议召集令

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-06-15
       储能是实现可再生能源高比例接入电网的必要手段。众所周知,我国政府承诺2030年左右碳排放达到峰值,煤电占比逐步下降,可再生能源将实现规模化发展,并大量接入到电网。但可再生能源发电具有的波动性、间歇性与随机性会对电网带来挑战。

可再生能源发电的特性也制约了其自身发展的速度。如果发电侧加入储能设备则可以完美解决上述问题。发电侧储能可以对自然能源出力进行平滑甚至搬移,采用虚拟同步发电技术让光伏发电和风力发电系统的特性接近火力发电等同步发电机系统,是保障电力系统稳定、安全运行的手段。比如我国青海、甘肃、新疆等地,夜间送出白天储存的太阳能电力,错峰送出风电,可大幅度平滑西部可再生能源出力,降低电网峰值容量投资,增加电网可调度性。此外,发电侧安装储能也可以参与电网调频调峰、替代旋转备用容量等辅助服务,无需建设常规能源就可以解决电网安全问题,使新能源走上健康发展的道路。而且,从目前的示范项目看,无论是电能质量还是响应速度,储能调频远比常规旋转备用优越。

 储能的经济性在持续的示范与应用中得到快速提高,据测算,未来两三年内,我国储能设备安装量或将实现七到十倍的增长,大规模商业化发展蓄势待发。而德国、日本、澳大利亚这些电价高的国家,储能已接近具备经济性,随着储能设备成本的进一步降低,很快将具备投资价值。

事实上,我国储能技术已获得了巨大的突破。国内锂离子电池、铅炭电池、液流电池、钠硫电池、超临界压缩空气储能、超级电容等主流储能技术的成本已经有了大幅降低。

不可否认,目前储能成本偏高,且还没有形成规模效应,短时间内成本也很难降下来,但我们必须以发展的眼光来看储能。新兴技术的发展是都在持续的示范与应用中逐步提高的。

国家从《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《可再生能源发展“十三五”规划》、《能源发展“十三五”规划》、《能源技术创新“十三五”规划》,到《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》,都致力于从顶层设计、多能互补、微电网、能源互联网示范工程等方面进一步推动储能技术应用及成本下降。

国家发展改革委、国家能源局2022年发布的《“十四五”现代能源体系规划》,规划给出了我国“十四五”时期现代能源体系建设的主要目标。其中,新增关键技术突破领域达到50个左右,钠离子储能技术列入其中。

钠离子电池技术适应了降成本、提升安全性的需要,目前成为传统铅酸电池、锂离子电池之外的另一主流储能技术。

钠离子电池同锂离子电池相比有一定优势。钠盐原材料储量丰富,价格低廉,采用铁锰镍基正极材料相比较锂离子电池三元正极材料,原料成本降低一半;由于钠盐特性,允许使用低浓度电解液(同样浓度电解液,钠盐电导率高于锂电解液20%左右)降低成本;钠离子不与铝形成合金,负极可采用铝箔作为集流体,可以进一步降低成本8%左右,降低重量10%左右;由于钠离子电池无过放电特性,允许钠离子电池放电到零伏。钠离子电池能量密度大于100Wh/kg,可与磷酸铁锂离子电池相媲美,其成本优势明显,有望在大规模储能中取代传统铅酸电池。

钠离子电池与锂离子电池又有不同。内部电荷载体不同,两者离子半径不同,这半径差别导致钠离子电池的性能远远不及锂离子电池;锂离子的负极可以使用石墨,但是钠离子几乎不能在石墨中脱嵌/嵌入,容量很小;其他碳材料经过处理最多可以达到差不多300多毫安时;离子在正极中的容量很小,只有一百多毫安时;钠离子在正负极中嵌入/脱嵌阻力很大,源于半径大;可逆性差,不可逆容量损失大。

为了持续推动钠离子电池储能技术发展,增加对钠离子电池研究进展的了解,中国化学与物理电源行业协会《电源技术》编辑部计划组织一次主题为“钠离子电池技术开发及应用”的线上学术讲座。

会议邀请了数位从事钠离子电池技术研发的产业专家,从事钠离子材料研究和机理研究的高等学府、研究院的教授学者,共同分享他们近期在钠离子电池技术方面的研究进展及成果。

会议时间:7月22日周五下午13:30-17:00
会议方式:线上,腾讯会议平台
会议主持:唐堃
会议报名:注册报名,免费
会议组织:中国化学与物理电源行业协会《电源技术》编辑部
协办:中科海钠科技有限责任公司、中电科能源股份有限公司

 

演讲嘉宾和演讲题目介绍:


唐堃

面向储能应用的新一代电化学体系---钠离子电池

中科海钠

 

唐堃

博士,中科海钠科技有限责任公司执行董事长,高级工程师。北京大学化学与分子工程学院本科,博士毕业于中国科学院物理研究所。曾在德国马克斯普朗克固体研究所Maier组做访问学者,曾任国家能源投资集团北京低碳清洁能源研究院电池材料部门经理。长期从事锂/钠离子电池,能量存储与能量转化等方面研究。目前已在国际重要学术期刊发表论文30余篇,申请国际专利一项,中国专利五十余项。目前致力于高性能低成本钠离子电池产业化推进。

报告题目:面向储能应用的新一代电化学体系---钠离子电池

内容简介:电化学储能是实现双碳战略目标的重要技术路径。目前二次电池主要以铅酸电池和锂离子电池为主,其中铅酸电池污染严重、能量密度低、循环寿命短;锂资源储量有限,分布极不均匀(约70%在南美洲且我国目前80%锂资源依赖进口,存在“卡脖子”的风险),2021年碳酸锂的价格已创近年来新高,锂离子电池成本持续升高,难以同时支撑新能源汽车和储能电站的需求和发展。

发展钠离子电池可缓解因锂资源短缺及分布不均引发的储能电池发展受限的问题,可逐步取代环境污染严重的铅酸电池,产业化前景相当乐观,具有重要的经济价值和战略意义,同时符合国家能源安全发展政策。

本报告包括发展钠离子电池的必要性,可行性,产业化进展和未来展望。

 

曹鑫鑫

钠离子电池多电子交换磷酸盐正极材料研究

中南大学

 

曹鑫鑫

中南大学材料科学与工程学院特聘副教授,硕士生导师。Rare Metals、中南大学学报(英文版、自然科学版)、无机盐工业青年编委,Frontiers in ChemistryMaterials客座编辑。能源材料与器件专家委员会委员,中国有色金属产业技术创新战略联盟专家委员会委员,中国化学会会员。主要从事钠离子电池材料与电化学过程研究,包括高电压、多电子交换正极材料;表界面调控;离子、电子输运解析等。在国内外知名学术期刊发表论文50余篇,包括Advanced MaterialsAdvanced Energy MaterialsNano EnergyAdvanced ScienceNano ResearchScience China MaterialsCarbon Energy、物理化学学报等,引用3000余次,H-index=26。曾获湖南省芙蓉学子学术创新奖、中南大学十佳青年、优秀班导师等荣誉。

报告题目:钠离子电池多电子交换磷酸盐正极材料研究

内容简介:钠离子电池因其原材料丰富、资源成本低廉及安全环保等突出优点,在电化学规模储能领域和低速电动车中具有广阔的应用前景。钠离子电池目前面临能量密度偏低、循环寿命不足的问题,离应用尚有距离。开发低成本、高比能、长寿命正极材料是突破技术瓶颈的关键所在。NASICON型磷酸盐具有稳定的晶体结构、可调的工作电压和三维的离子迁移通道,是极具研究价值和应用前景的一类正极材料。通过合理调控其氧化还原对可实现多电子转移,进一步提升电池能量密度。通过理论计算指导材料组成设计,结合氧化还原对调控、微纳米有序组装、表面包覆和多维度导电网络构筑制备多电子交换NASICON型正极材料。通过正极材料储钠电极过程表征揭示材料的结构演变规律和性能强化机制。匹配硬碳负极、优化电池制备工艺,获得性能优异的钠离子全电池,实现从材料到实用储能器件的统筹优化。

 

张俊

钠离子电池“筛分型碳”负极

天津大学

 


张俊

天津大学化工学院助理研究员。博士毕业于清华大学,师从杨全红教授。曾荣获清华大学蒋南翔奖学金、清华大学优秀博士论文、清华大学优秀博士毕业生、北京市优秀毕业生等。博士毕业论文入选了施普林格出版集团的 Springer Theses 丛书。主要研究方向为钠离子电池“筛分型碳”负极及其电化学界面,相关研究成果以通讯作者或第一作者发表在Nat. Commun., Natl. Sci. Rev., Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater.等期刊。

报告题目:钠离子电池“筛分型碳”负极

内容简介:钠离子电池是兼具低成本和高安全的新型储能器件,有望逐步进入发展“快车道”。硬碳是钠离子电池最具实用化潜力的碳负极材料,但硬碳负极低电位平台的产生机制仍存争议,且硬碳复杂的微纳结构与低电位平台的关联机制尚不明确,严重制约了高能量密度钠离子电池的产业化进程。本次汇报将概述钠离子电池硬碳负极的发展历程及重要研究进展,重点推介一种兼具低成本和优异电化学性能的实用化碳负极——“筛分型碳”,并基于“筛分型碳”负极阐明碳负极低电位平台的储钠机制,提出设计具有超长且可逆的低电位平台的碳负极的理性原则。

 

杨应昌

高性能钠电负极材料的表/界面结构设计

源驰科技

 

 

杨应昌

2015年毕业于中南大学,获工学博士学位,铜仁学院教授,硕士生导师,深圳市源驰科技有限公司技术副总、源驰研究院院长,中国化学会会员,贵州省“千层次人才”。主要研究方向:先进能源存储材料及器件。自2012年博士研究开始一直从事锂/钠离子电池负极研究(博士论文题目:电化学制备功能材料及其在锂/钠离子电池负极中的应用,导师:纪效波教授)。近年来,主攻高安全、低成本水系 、油系钠离子锰基正极材料、碳基材料的产业化应用研究。负责主持了国家自科青年项目1项、地区科学基金1项、贵州省科技支撑项目3项、深圳源驰科技有限公司等多项横向课题。近年来以第一作者(通讯作者)在Adv. Funct. Mater.Chem. Eng. J.J. Mater. Chem. A等高水平SCI期刊发表论文20余篇,被引1000余次,其中ESI高被引论文两篇;授权中国发明专利4项,其中两项产业化,两项实现专利权转让;出版专著两部。

报告题目:高性能钠电负极材料的表/界面结构设计

内容简介:钠离子电池资源丰富、成本低、安全性能高,有望成为锂离子电池的替代器件,特别是在大规模储能领域。当前高性能钠离子电池电极材料的开发成为储能材料的新研究焦点。其中具有应用前景的钠电负极材料聚焦在硬碳、软碳等碳材料、合金类负极材料及钛基材料。硬碳类负极材料具有优异的循环稳定性,但存在首次库伦效率低、倍率性能不高等问题;合金类负极材料比容量高,但循环及倍率性能差;钛基负极材料嵌钠电位低、结构稳定,但首次效率非常低,限制了他们的大规模应用。本报告主要围绕以上钠电负极材料,以活性物质、粘结剂及电解液作为中心,针对活性物质的微纳结构和电极表界面优化设计探讨材料首次效率低、循环/倍率性能差、离子电导低等实际应用过程中出现的问题的解决方案,以期推进产业化进程。

 

许寒

钠离子电池技术开发最新进展

电科新能源


 

许寒

中电科能源股份有限公司,高级工程师,2018年获天津大学博士学位,2012-2019年在中国电科第十八研究所化学与物理电源重点实验室从事新能源材料及电池体系开发工作,2019年起在天津中电新能源研究院从事钠离子电池及材料的产业化和工程化相关研究,在期间授权专18项参与编写专著2部。

报告题目钠离子电池技术开发最新进展

内容简介:储能电池作为电能源消费端(新能源汽车、两轮车、低速电动车等)的核心器件,其发展仍然存在成本、寿命、安全性以及资源环保等方面的制约,希望需要寻找到一种可以部分替代现有锂离子电池的新体系,从而促进新能源动力电池领域的健康快速发展,作为和锂离子电池性能最为接近的钠离子电池,可有效的充当“候补队员”的角色。

除去常规的资源、安全、以及成本等方面的优势,钠离子电池在极端环境下(如极寒、极热、极潮等)的表现也非常优越,因此可以在较为特殊的军用场景中得到应用,因为与常规锂离子电池的生产设备兼容,可以进行产线的快速切换。因此,这将有助于电池厂商完成产能快速布局,切换成本较小,利于钠离子电池未来的大规模推广。因此在军民融合方面,钠离子依然具有广阔的市场前景和社会经济效益。

 

肖遥

Layered Oxide Cathodes for Sodium-Ion Batteries: From Fundamental Research to Practical Application

温州大学

  

肖遥

博士,温州大学瓯江特聘教授,温州大学碳中和技术创新研究院副院长。曾任新加坡南洋理工大学博士后研究员,入选国家博士后创新人才支持计划,深圳市海外高层次人才计划,一直从事先进新能源二次电池关键材料的研究与开发,尤其聚焦在钠离子电池层状氧化物正极材料基础研究与产业化应用方向。研究兴趣主要包括电极材料的动态结构演变,可控相变机制,局域化学与能级轨道调制以及结构基元操控等方面的研究。近五年来,已发表SCI论文50余篇,发表论文正面被引用1600多次(Google scholar统计),目前SCI上的h-index24。其中,以第一作者/共同一作/通讯作者在Angewandte Chemie International Edition (2), Advanced Materials (3), Advanced Energy Materials (3), Advanced Functional Materials (1), Advanced Science (1)Nano energy (1), Research (1)Cell Reports Physical Science (2)eScience (1)等国际高水平权威期刊发表论文20余篇,多篇论文入选热点文章及封面,申请中国发明专利4项,其中获得授权专利2项。另外,担任温州大学与Wiley出版社合办的高质量期刊《Carbon Neutralization》执行编辑以及高起点SCIE期刊《Carbon Energy》、《Exploration》等期刊的青年编委。

报告题目: Layered Oxide Cathodes for Sodium-Ion Batteries: From Fundamental Research to Practical Application

内容简介:由于钠资源丰富且分布广泛,钠离子电池可作为锂离子电池在大规模储能领域的重要补充技术,其具有重要的经济价值和战略意义。相比于其他钠离子电池正极材料,层状过渡金属氧化物具有制备工艺简单、比容量高、离子电导率高的优势,是当前最具有应用前景的正极材料之一。然而,在实际应用中,层状氧化物正极材料仍存在一些关键性的基础科学问题:钠空位有序重排,复杂的多相转变以及空气稳定性等。本报告主要从微观结构设计,局域化学调制以及功能结构基元三个方面展开,借助先进的原位光学与谱学表征技术以及集成力学、电学和热学手段探究钠离子存储机制以及反应特性。同时,从不同尺度揭示其物相结构,组成分布,原子占位/层错/空位与其电化学性能之间的构效关系,最终实现低成本实用型钠离子电池正极材料。


 

中国化学与物理电源行业协会

2022613

 

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本会专业范围包括:铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、氢镍蓄电池、锌锰碱锰电池、锂一次电池、锂离子电池、太阳电池、燃料电池、锌银电池、热电池、超级电容器、温差发电器及其他各种新型电池、电池系统解决方案,以及各类电池用原材料、零配件、生产设备、测试仪器和电池管理系统等。

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