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國內外電化學儲能技術的發展趨勢
在能源革命的黃金時代,各類電化學儲能技術需針對其細分市場進行差異化發展。然而無論對于哪一種儲能技術,其必須滿足?3?個基本要求:安全性高,全生命周期的性價比高,以及全生命周期的環境負荷低。目前,技術成熟度較高的鋰離子電池、全釩液流電池和鉛炭電池等電化學儲能技術都基本實現市場運營,在不斷發展的能源格局中迭代發展,其基本技術參數列于表?1。在未來?20?年內,這些技術有望占領絕大部分電化學儲能市場。
鋰離子電池
鋰離子電池的種類很多,比較有代表性的是以錳酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料、鎳鈷鋁三元材料為正極的商品化電池體系。其中,錳酸鋰成本低、循環穩定性差,可用于低端電動汽車、儲能電站以及電動工具等方面。鈷酸鋰成本高、能量密度高,主要應用領域為消費類電子產品。鎳鈷錳三元材料與鈷酸鋰結構類似,但較之具有更長的循環壽命、更高的穩定性、更低的成本,適用于電動工具、電動汽車及大規模儲能領域。磷酸鐵鋰具有相對較長的循環壽命、相對較好的安全性、相對較低的成本,已大規模應用于電動汽車、規模儲能、備用電源等領域。
國際上研發鋰離子電池儲能系統的公司主要包括美國的特斯拉公司、A123 Systems?公司(現在已被中國萬向集團收購),日本三菱重工公司,韓國三星公司、LG?公司;國內的代表廠商有比亞迪、中航鋰電、力神等公司。特別是美國特斯拉公司,其依托日本松下公司的電池技術和獨有的電池管理技術,在電動汽車領域和儲能領域迅速崛起。2017?年,其在澳大利亞的南澳州建成了世界最大規模的?100 MW/129 MWh?的儲能電站,并成功運行。
盡管如此,鋰離子電池由于能量密度很高、大量使用有機電解液,其發生的燃爆事故層出不窮,需要選擇合適的應用模式,并在大規模應用場合嚴格監控。而且,隨著新能源汽車電池逐漸退役,我國預計到?2020?年退役的動力電池將突破?20 GWh,因而亟待發展退役動力電池的梯次利用回收技術,使能源的使用形成閉環。
經過?10?多年的發展,中、日、韓三國的鋰離子電池電芯產值已占據全球市場的?90%?以上,鋰離子電池行業三國鼎立的競爭格局已經形成。未來,鋰離子電池需要在降低成本的基礎上繼續大幅提高安全性,以實現在大規模儲能領域的普及使用。