走進坐落張北縣的國家風景儲輸演示電站，可以看到在綠色的草原上，一排排高高聳立的白色風力發(fā)電機和閃閃發(fā)光的藍色光伏板交相輝映。

這里是我國最大的風景儲輸演示工程，選用世界創(chuàng)始的風景儲輸聯(lián)合發(fā)電建造思路和技能路線，是集風電、光伏、儲能設備和智能輸電“四位一體”的新能源綜合性演示工程。

這個電站可以將“難猜測、難操控、難調度”的風、光資源“儲存”起來，并轉化為優(yōu)質可靠的綠色電能輸入電網，并能在“滑潤動搖”和“削峰填谷”運轉形式間靈敏切換，在失掉外部電網供電的情況下，儲能電站可經過內部自啟動才能，堅持電網正常運轉。

開展儲能技能是促進新能源發(fā)電、進步電網安全安穩(wěn)性的關鍵核心技能之一。在各種類型的電化學儲能技能中，鈦酸鋰電池具有循環(huán)壽數(shù)長、安全功能好等特色，很好的契合了電網儲能的運用場景，但鈦酸鋰電池的高本錢卻不利于規(guī)劃化儲能運用。

對此，中國電力科學研討院聯(lián)合多家單位，一起組建了“儲能用低本錢鈦酸鋰電池研制及系統(tǒng)集成技能開發(fā)與運用”項目組。經過多年研討，項目組針對儲能運用需求，在原有鈦酸鋰電池的根底上提出了滿足儲能運用需求的鈦酸鋰電池資料系統(tǒng)及出產工藝重構準則與技能方案，研宣布亞微米級鈦酸鋰資料。項目研制的儲能用鈦酸鋰電池堅持了長壽數(shù)本征特性的同時，本錢大幅下降。在2017年北京市科學技能獎評選中，該項目獲得二等獎。

新能源的下一個風口

儲能被認為是新能源的下一個風口。作為未來推進新能源工業(yè)開展的前瞻性技能，儲能工業(yè)在新能源并網、新能源汽車、智能電網、微電網、分布式能源系統(tǒng)、家庭儲能系統(tǒng)等方面都將發(fā)揮巨大作用。

“之所以開展儲能，是因為光伏和風力發(fā)電，是間歇的、不安穩(wěn)的，因此需求儲能系統(tǒng)的合作，才能供給安穩(wěn)可靠的電力?！敝袊娏茖W研討院儲能電池本體研討室主任楊凱告訴記者。

選用大規(guī)劃儲能技能，可促進可再生能源開展、進步電網安全和安穩(wěn)性、改善供電質量、有用緩解用電供需矛盾。

大規(guī)劃儲能系統(tǒng)貫穿電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配、用的各個環(huán)節(jié)，其運用既能提升傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的功能，也將給電網的規(guī)劃、規(guī)劃、布局、運轉辦理以及運用等帶來革命性的改變，從這個意義上講，儲能技能是具有國家戰(zhàn)略意義的技能制高點，開展儲能技能其實便是“存儲未來”。

鋰離子電池里的一朵“奇葩”

據(jù)了解，儲能技能首要分為機械儲能、電化學儲能、電磁儲能和相變儲能等。近幾年，以鋰離子電池為代表的電化學儲能技能具有能量規(guī)劃大、選址靈敏、響應速度快等特色，契合電力系統(tǒng)技能需求和智能電網開展趨勢，被各國研討機構作為研討重點，成為開展最快的電力系統(tǒng)儲能技能。鋰離子電池是一種“搖椅電池”，正負極由兩種可屢次脫嵌鋰的化合物或單質組成。充電時，正極資料脫鋰，鋰離子進入電解液穿過隔膜嵌入負極，正極發(fā)作氧化反應，放電時則相反。

鋰離子電池技能隨著電池電極資料的研討一向處于快速開展的狀態(tài)，目前現(xiàn)已從鈷酸鋰電池拓寬到了三元系、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鈦酸鋰等多種電池系統(tǒng)并存。以鈦酸鋰為負極的新式鋰離子電池，突破了石墨作為負極的固有局限性，功能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的鋰離子電池，成為最具運用遠景的儲能電池之一。為此，楊凱向記者介紹了鈦酸鋰電池可以鋒芒畢露的四大優(yōu)點：

安全安穩(wěn)性好。因為鈦酸鋰負極資料嵌鋰電位高，在充電的過程中避免了金屬鋰的生成和分出，又因其平衡電位高于絕大部分電解質溶劑的復原電位，不與電解液反應，不形成固—液界面鈍化膜，避免了許多副反應的發(fā)作，然后大大的進步了安全性?！皟δ茈娬竞碗妱悠囅嗤?，安全安穩(wěn)性是最為重要的方針。”楊凱說。

快充功能優(yōu)異。充電時刻太長一向是電動汽車開展過程中難以跨越的妨礙。一般選用慢充的純電動公交車，充電時刻至少要4個小時以上，許多純電動乘用車的充電時刻更是長達8個小時。而鈦酸鋰電池十分鐘左右即可充滿，較傳統(tǒng)的電池有了質的騰躍。

循環(huán)壽數(shù)長。與傳統(tǒng)鋰離子電池遍及選用的石墨資料相比，鈦酸鋰資料在充放電嵌脫鋰過程中，骨架結構簡直不發(fā)作收縮或脹大，被稱為“零應變”資料，避免了一般電極資料脫/嵌鋰離子時晶胞體積應變而形成的電極結構損壞的問題，因此具有十分優(yōu)異的循環(huán)功能。依據(jù)實驗數(shù)據(jù)測定，一般磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽數(shù)平均為4000—6000次，而鈦酸鋰電池的循環(huán)壽數(shù)可達25000次以上。

儲能用低本錢鈦酸鋰電池研制及系統(tǒng)集成技能開發(fā)與運用

耐寬溫功能杰出。一般電動汽車在-10℃時充放電就會呈現(xiàn)問題，鈦酸鋰電池耐寬溫功能杰出，耐用性強，在-40℃到70℃均可正常充放電，無論是在冰封的北國，仍是在酷熱的南邊，車輛都不會因電池“休克”而影響作業(yè)，消除了用戶的后顧之慮。

正是根據(jù)以上這些優(yōu)勢，鈦酸鋰電池成為鋰離子電池技能開展征途上一朵耀眼的“奇葩”。

技能重構下降本錢

開端的鈦酸鋰電池是以滿足電動汽車動力電池需求而開發(fā)的，盡管國際上先進的鈦酸鋰電池企業(yè)現(xiàn)已開端進入電力儲能領域，但還沒有呈現(xiàn)專門為規(guī)劃儲能運用規(guī)劃開發(fā)的鈦酸鋰電池。

“鈦酸鋰電池在規(guī)劃運用中面臨的首要問題是本錢問題，項目研制之初，其價格是磷酸鐵鋰電池價格的4—6倍?！睏顒P說，鈦酸鋰電池價格居高不下，盡管功能顯著優(yōu)于現(xiàn)有鋰離子電池，但是經濟性因素極大的限制了鈦酸鋰電池的市場推廣。

因此，鈦酸鋰電池要實現(xiàn)大規(guī)劃儲能運用，需求在現(xiàn)有的電動汽車用鈦酸鋰電池的根底上進行技能重構，包含資料系統(tǒng)、電池規(guī)劃、出產工藝等方面的技能重構，在確保鈦酸鋰電池長壽數(shù)本征特性的同時，大幅下降本錢。

“咱們不是平地起樓房，而是在電動汽車用鈦酸鋰電池技能根底之上，以滿足儲能運用需求為方針，對電動汽車用鈦酸鋰電池技能進行了技能重構?！睏顒P說。

任何技能都不可能八面玲瓏，只需求找到各項技能方針間的平衡點。

“儲能電池對倍率要求并不太高，放電倍率只需到達5C。”楊凱表明，“儲能電池一般都放在房間里，溫度相對穩(wěn)定，對溫度適應性的要求也不用太高?！薄胺艞壱恍┕δ?，挑選低本錢，成為最重要的挑選?！?/p>

項目團隊對鈦酸鋰電池進行了本錢分析后發(fā)現(xiàn)，這種電池本錢高的根源在于資料?！扳佀徜囯姵赜玫氖羌{米資料，資料組成工藝和電池制備工藝復雜?！?/p>

因為納米資料吸水性強，因此，出產環(huán)節(jié)必須要下降環(huán)境濕度，加大對廠房的除濕處理，并添加烘干程序，能耗顯著添加。對此，項目團隊決定在納米資料上下時間，他們經過反復實驗，終究以低本錢亞微米鈦酸鋰資料替代納米鈦酸鋰資料，并以此為根底建立儲能用鈦酸鋰電池資料系統(tǒng)。經過實驗，資料粒徑在0.8微米時，既能確保長壽數(shù)的特色，又能下降出產工藝操控的苛刻條件，然后下降本錢。同時，還選用在功能、制造工藝、本錢方面都具有優(yōu)勢的疊片式軟包裝結構替代環(huán)形結構和圓柱形結構。

“0.8微米是一個平衡值，粒徑再增大些就會影響到電池壽數(shù)。”楊凱說。

這是從資料和電池結構的重構來下降電池本錢，另一方面則針對勻漿、預涂層集流體、環(huán)境操控、電池制造工序等環(huán)節(jié)進行技能重構，下降電池本錢。

“以前在電極資料的勻漿環(huán)節(jié)中，常規(guī)的拌和工藝是先加溶劑，再烘干，能耗很高。研制團隊將這道工藝改為高粘度拌和工藝，削減溶劑運用量?！睏顒P說。

在電極制造環(huán)節(jié)，項目團隊將進口預涂層集流體改為自主研制的預涂層集流體；在電池制造工序上，取消了涂布前卷料烘干和注液前電芯烘干兩個烘干工序。在電池制造的環(huán)境操控環(huán)節(jié)，將環(huán)境濕度由10%放寬到30%。“納米資料一般濕度要操控在10%以下，磷酸鐵鋰則為30%，咱們用亞微米資料在30%的濕度環(huán)境下制造電池，發(fā)現(xiàn)電池壽數(shù)簡直沒受影響。”楊凱說，“經過測驗，鈦酸鋰電池的循環(huán)壽數(shù)超越16000次，電池本錢下降了30％。”

據(jù)了解，該項意圖相關研討成果除了在“國家風景儲輸演示工程”項目中得到運用外，對于在北京—張家口舉辦的2022年冬奧會以及北京電動汽車工業(yè)的開展，也將發(fā)揮重要作用。