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从材料结构入手将提高储能电池能效

北极星储能网  来源:投资者报    2017/9/27 8:53:14  我要投稿  

北极星储能网讯:随着尖端技术的不断革新,人们对电池这种必需品的品质提出了更高的要求。储能电池要更加安全、更加廉价、配备更大的储能空间,并且需要更高的转换率、更广泛的应用环境已成为当今社会的硬性需求。时至今日,全世界的研究人员更多地针对材料结构进行创新,以求提高电池能效。作为中国知名储能电池领域的研究专家——李晓春针对于此,多年以来通过自身所学努力研发、改良电池材料,她不但提高了电池的储能效率,更增强了电池的稳定性,大大提高了储能电池各方面的使用率,也正因此备受业内外人士的认同与称赞,其专利成果一种高安全性的磷酸铁锂电池更是被多个国家认可并广泛的应用在多个领域。

众所周知,在储能电池中,电解质的作用是让电流流过电池。即使是目前相对安全的锂离子电池,也是在使用具有易燃性的液态电解质。尽管前段时间的波音787起火事件的原因尚未确定,但也不难让人联想到罪魁祸首就是电池。

以往的固态电解质虽然安全性更高,但其导电性很难满足电池的使用要求。李晓春则通过改变储能电池的正极材料结构解决了这一难题。她以磷酸铁锂为正极材料的锂离子储能电池,形成不断电系统UPS,配合太阳能电池作为储能设备。同时锂离子储能电池安全性极高,不含任何对人体有害的重金属元素。李晓春研发的新型电池还打破了磷酸铁锂电池的温度限制,大大加强了锂离子储能电池的耐低温性能,使其可以在秋冬低温季节正常使用。此外,为了避免固态电解质的导电性不如液态电解质,李晓春还将其做得极薄,来弥补差距。

“固态电解质不仅避免了可燃的缺点,也让电池可以使用能量更高的电极材料。这样既可以使储能总量提高很多,也可以减少电池体积。”李晓春说道。同时,她借此基础上所研发的一种高安全性的磷酸铁锂电池和一种延长铅酸电池寿命的方法专利,更被广泛的运用在各行各业的多个领域。尤其是在飞机上使用可以更可以节约空间,降低负重,还能极大降低成本。

李晓春介绍道,这种电池技术的革新之处在于,它解决了电池使用寿命、效能的问题。传统固态电池在充放电时,两者间的长时间交互作用会产生一层无用材料。这块无用材料就好比一堵墙,增加了固体电解质表面的电阻,时间久了电池热量会随之攀升,寿命也会大幅缩短。而她所发明的一种高安全性的磷酸铁锂电池等正因为全都是一种材料,所以电流通过时不存在过多阻力。这意味着电池的充放电过程将会非常平顺。

因而,无论是作为大型机械运转储备能源还是应用于高科技电力设施,这种新型电池都可以一劳永逸的解决效能的环境适应方面的问题。这不单单有利于提高人类社会的发展进步,更加注重环保节能。也正因这些理由,她的研究成果一经公布就蜚声国际,受到国内外专家学者以及电力电网运营商的一致好评。

储能电池的技术改造,其成就不单单局限于此,这更意味着相同体积的电池产品,可以储存的电能将会更多。如果应用到电动车中,单块电池可以保证同等续航的水平上,带来更宽敞的空间设计。另外她的这种电池在制作程序上,可以采用混合物粉末压缩进塑料和铁桶封装的模式,并不复杂。这一特点便于制造不同形态的电池产品,在多个电池的组合方案上,设计者可以在车身角落灵活安置这些电池。

快速发展的储能领域带来的另一个挑战就是——创新。传统的模式正在受到挑战。全球电力需求增速正在放缓,能源利用方式创新的速度正在加快,用户需求的变化越来越多。“对于电网公司来讲,如果单纯考虑降低运营成本来提升收入已经行不通,必须考虑业务转型。”李晓春说。

对于电力企业来讲,跟上趋势,投资储能非常必要。另一方面,如何根据用户需求快速做出调整,是未来竞争的关键因素。只有主动参与竞争,才能赢得主动权。

目前李晓春仍在不断测试更多种类、更高效的电池充放电的次数,进行更深层次的研究与改造。最新的研究阶段,她认为还有几处可以优化,硫化物为基础的混合物并不是那么环保的材料,所以下一步她将会尝试用氧化物来代替,这样降解过程不会产生含硫气体。当然电池产品的安全性、稳定性等一系列参数,会成为实验室验证的硬性指标。而平衡材料成本和能量密度,则是从实验室走向量产的敲门砖。

以此同时,在设定2050年以前将全球新车二氧化碳碳排放量减少90%的长期目标下,李晓春还不断寻求电池技术的突破。她说道:“虽然,在现阶段我取得了一定的成功,但是我不会停下前进的步伐。未来在寻找更具储电和成本效益的材料过程中,我将运用到资料库和机器学习技术所组成的人工智能运算方式,将能够更快速进行材料建模,并先行引入虚拟测试阶段,更能以平行运算方式同步展开各种材料开发专案,预料可以大幅缩短过去需要耗时数十年研发的过程。”

“我觉得全球能源转变改革的势头非常好,建议将其作为一项国际大科学技术,从大科学工程、计划角度组织成立基金,共同资助全世界的科学家、工程师研究技术问题。如果技术获得突破,贡献会非常大,将促进能源革命更快速地发展。”李晓春说。

能源变革的进程只会越来越快,任何一个国家都不可能单独完成此次科技革命和产业变革,只有全球创新合作共同来努力才能实现。我们期待着,未来的能源系统,会更加友好、便捷、清洁,为子孙后代,留下一个天蓝地绿的美丽地球。

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