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研究报告 | 世界能源技术创新方向及发展趋势

来源:能源研究俱乐部 | 作者:能源研究俱乐部 | 2020年8月11日() | 打印内容 打印内容

位于法国南部的跨国项目国际热核聚变实验堆(ITER)是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。2019年7月,这一全球最大的核聚变反应堆项目实现低温恒温器成功交付,进入安装状态。目前,35个国家正在通力合作ITER。ITER装置主机最重要部分之一的PF6线圈,由中科院合肥研究院等离子体所承担研制并于近日正式交付,为ITER计划2025年第一次等离子体放电的重大工程节点奠定了重要基础。

(四)高性能储能电池获得重大突破

1.电池储能系统提供无功功率服务

随着越来越多的间歇性可再生能源并入电网,对电压精确平衡的需求促使英国电力系统运营商National Grid不断探索各种无功功率解决方案。英国储能开发商Zenobe Energy部署的电池储能系统通过National Grid为英国配电网络运营商(DNO)和英国电力网络(UKPN)提供这些服务。Zenobe Energy公司在英格兰苏塞克斯郡King Barn部署了一个装机容量为10兆瓦的电池储能系统。该储能项目由National Grid运营,主要为电网提供无功功率服务,以缓解容量挑战。预计到2050年可以为消费者节省4亿英镑以上的电力费用,同时增加4吉瓦的装机容量。

2.有机空气电池提高可再生能源供应稳定性

金属(如钾、钠、锂等)空气电池是一种极具发展潜力的高比容量电池技术,其理论能量密度上限可达11000瓦时/千克,远远高于传统的锂离子电池,因此得到了学术界和工业界广泛关注。然而,由于存在金属枝晶、空气电极孔道堵塞等问题,导致该类电池安全性和循环寿命不佳,限制了该类电池的实际应用。香港中文大学研究团队设计制备了钾联苯(Potassium Biphenyl)复合有机物,并将其作为负极取代传统的金属负极,与空气电极组成新型的有机空气电池,有效地解决了金属—空气电池由来已久的金属电极枝晶生长和循环寿命短的问题,从而获得了高安全、高倍率和长寿命的空气电池,在4毫安/平方厘米高放电电流密度下实现长达3000余次的稳定循环,平均库伦效率高达99.84%,为空气电池开辟全新技术发展路径。有机空气电池最适合应用于大型电厂能源储存,如风电或太阳能,亦可用于火力发电厂调频,家用太阳能电板也有机会使用到。

3.设计研发高性能负极材料全固态电池

以金属锂作负极的全固态锂金属电池在理论能量密度和安全性上都远优于传统锂离子电池。然而,锂负极不受控的枝晶生长以及低库伦效率严重制约了锂负极全固态锂金属电池的实用化发展。因此,开发高性能负极材料成为了全固态电池研究领域热点。三星技术研究院(SAIT)和日本三星研究院(SRJ)设计开发了一种独特的银—碳(Ag-C)复合负极,替代锂(Li)金属负极,结合硫银锗矿(Argyrodite)型固态电解质制备了软包的全固态电池,获得了高达942瓦时/千克的能量密度和99.8%的平均库伦效率。银—碳电极有效调节金属锂的沉积—剥离过程,避免枝晶形成,显著提升了电池寿命,且能够保持稳定循环超过1000余次,在电动汽车等高比能储能应用领域具备广阔应用前景。研究人员还测试各种不同高温下电池稳定性,结果显示电池表现出良好耐高温特性,且该电池体积仅为同样容量传统锂离子电池一半。

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