赵天寿：《新型电能需要高安全、不同时长的储能技术》
作者：赵天寿（中国科学院院士，南方科技大学讲席教授）
截至2022年底，全国新型储能装机中，锂离子电池储能占比94.5%、压缩空气储能2.0%、液流电池储能1.6%、铅酸（炭）电池储能1.7%、其他技术路线0.2%，飞轮、重力、钠离子等多种储能技术也已进入工程化示范阶段。根据储能技术的不同时长，赵天寿在此次大会演讲中分别介绍了超级电容器、飞轮储、锂电池储能、抽水储能、压缩空气储能、燃料电池储能等储能技术。其中，超级电容器是一种短时的储能技术，其最大的特点是功率密度高、响应快、寿命长，但是技术上有自放电的现象，能量密度比电池一般低得多。
飞轮储能是另一种成熟的短时储能技术，其特点也是响应快、功率大，环境适应好，没有任何污染，但这种技术存在的问题是能量密度低，初始的成本较高，特别是高速旋转带来的技术问题比较难以克服。锂离子电池储能得益于动力电池的技术进步，占据了主导。我国受益于电动汽车的发展，锂离子电池在电化学储能领域占据了主导地位。“锂离子电池储能的主要特点是能量密度高，响应快，应用场景也比较多，但最大的问题就是有机液态的电解液造成的安全隐患，把液态电解质变为固态电解质是目前全球研究的一个重要方向。此外，锂离子电池成本还要进一步降低，寿命需要进一步提高，锂电池储能也受到锂资源限制的制约。抽水蓄能是一种比较成熟的储能技术。其特点是技术相对简单，能够规模化，储能时间长，寿命长，但受到地域的限制，需要水、需要高山建水坝，建设的周期通常比较长，需要环评审批。
与抽水储能类似的储能方式是压缩空气，它具有抽水蓄能的优势，规模可以很大，储能时间长，寿命长，但是和抽水蓄能相比，效率更低，特别是需要存储高压空气的大空间。压缩空气的另外一个问题是补燃，比如需要天然气等。“我们国家压缩空气技术发展的非常快，已经有百兆瓦级的示范企业，但是进一步推广应用要降低出气的成本以及压缩和膨胀过程的各个环节，来提高效率，最终降低成本。还有一种储能的方式就是燃料储能，氢能就是一种以燃料储能的方式。它的功率密度高，没有任何地域的限制，但最关键的挑战是成本，储氢、运氢都没有彻底克服技术难题，安全上也有一定的风险。
目前我国短时的储能技术，基本上已经满足了需求，在中时，我们还有缺口，特别是4小时以上的长时储能是目前最大的缺口。在太阳能可再生能源占比非常低的情况下，我们用火电来应对电网调配的需求，但是未来如果是光电和风电的占比达到70%以上的时候，这种调配必须通过长时储能来实现。在长时储能技术中，液流电池是一种新型的电池，不同于传统的锂电池，液流电池的电能储存在电池外面的电解液罐中，最大的特点就是功率和能量在结构上解耦。由于能量和功率彼此独立，所以电池本身内部并没有电解液，具有本征安全的特点。目前液流电池发展的瓶颈在于系统成本要降低，能量密度和功率密度要进一步提高。其中，如何通过关键材料和关键部件、系统设计的突破，进一步提高液流电池的电流密度，是液流电池产业化最关键的问题。
作者介绍：
赵天寿：中国科学院院士，南方科技大学讲席教授，南方科技大学碳中和能源研究院院长，美国机械工程师学会(ASME) Fellow、英国皇家化学学会(RSC) Fellow。兼任：国际期刊International Journal of Heat and Mass Transfer主编、Energy & Environmental Science顾问编委。1983年毕业于天津大学热物理工程系，1986年获该校硕士学位，1995年获得美国夏威夷大学博士学位。1995年加入香港科技大学。2010年，受聘为西安交通大学的讲座教授。2011年，晋升为香港科技大学机械工程系讲座教授。2014年3月，担任香港科技大学能源研究院院长。赵天寿院士长期致力于工程热物理及新能源领域的基础与应用研究。针对国家对可再生能源利用的重大需求，围绕燃料电池、液流电池、金属空气等流体电池储能装置中能量传递与转换关键科学问题，建立了电池储能系统中热质传递和电化学能量转换的耦合理论，提出了热、质、电子及离子协同传输方法，突破了高功率流体电池设计的关键技术。在各种著名期刊上发表了 410 篇论文，论文引用超过 23,000 次引用，并赢得了 81 的 H 指数（Web of Science）；出版《储能化学基础与应用》《微型燃料电池：原理与应用》等著作多部；受邀在美国机械工程师学会、国际可持续能源技术等重要国际学术会议上作主题/特邀报告70次。曾获Croucher资深研究成就奖、何梁何利基金科学与技术进步奖、国家自然科学二等奖、香港科大工程学杰出研究成就奖。入选2014、2015、2016、2017、2018、2019全球高被引科学家和最有影响力科学思想名录。
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