“丝袜”电池诞生记：锂离子液流电池技术被看好
时间:2014-05-08 10:37来源:cbcu 作者:日光
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日常生活中司空见惯的丝袜，到了科学家手里竟然成为解决电池储能问题的“利器”。日前从中科院电工所获悉，该所陈永翀团队成功研发出一种以“丝袜”作为电池关键部件的锂离子液流电池。这样的“丝袜”电池有什么神奇之处？
中科院电工所储能技术研究组组长、固态反应与扩散中匈国际合作项目中方负责人陈永翀神采飞扬地说，“锂离子液流电池是由我们独立提出，并在国内最早开发的新型储能电池技术。它综合了锂离子电池和液流电池的优点，在电网储能领域具有良好的应用前景，目前已完成技术原理验证，进入基础技术开发的关键时期。”
2010年，陈永翀在从事传统锂电池研究时，感觉锂电池作为大型兆瓦级储能装备有一些弊端，即正负极是固定的，“电池成组寿命和安全性存在问题，并且成本太高”。而液流电池的正负极电解液可循环流动，应用于大规模储能时成本较低。“当时我就想，能不能把锂电池和液流电池各自的优点综合起来，开发一种全新的储能电池，实现输出功率和储能容量彼此独立。”
在多次尝试后，陈永翀提出锂离子液流电池的概念。“事实上，美国麻省理工学院也曾提出类似的技术概念并开展了研究，但当时没有公开。不过，美国科学家想利用它开发电动车的动力电池，我们主要想用它做分布式电网的储能装备，双方侧重点不一样。”
由于陈永翀团队是国内唯一从事锂离子液流电池技术研究的团队，此前并无先例，原创性很强，因此在寻求经费支持上颇费工夫。“关键时刻，所里给我提供了一笔配套资金支持，加上北京好风光储能技术有限公司的合作资金，我们的研究得以顺利进行。”
据了解，美国能源部先进研究计划署也看好这项技术，在今年3月宣布给予美国一个研究团队高达340万美元的资助。
如今，历时3年多，陈永翀团队的研究已取得重大进展。“如何提高电池功率密度以降低电池成本，是目前锂离子液流电池技术研究的重点。经过反复试验，我们发明了一种基于电池集流内阻解耦思路的创新设计，可降低电池极化内阻，从而提高电池的功率密度。这种设计属世界首创。”陈永翀自豪地说。
不过，这种创新设计需要一种被称为“多孔集流体”的关键部件参与电池电能的反复存储和释放。“理论上讲，多孔集流体必须尽可能的薄，在完成电子导电的同时，还必须具备足够多的孔隙允许锂离子快速通过。”在反复比较十余种多孔材料后，研究团队在丝袜中找到了答案。
“看，这就是我们当时找来的各种材料，价格不一，最贵的要每平方米1000元，而尼龙丝袜材料每平方米只需要5元。”陈永翀指着试验台上成堆的实验布料说。
试验台的一侧摆放着已做好的电池。丝袜材料经特殊加工后，被组装成不同大小的电池，最后和其他部件一起，变成脸盆大小的储能电池�？椤�“当然，这个�？榈拇笮』箍筛菪枰械髡�。”
试验台旁边的充放电测试设备上挂满了不同形状的电池，看上去犹如小卖部的货架。连接上电压后，科研人员在电脑上就可查看“丝袜”电池的各项数据。
“丝袜的主要成分为聚酰胺（俗称尼龙），具有丰富的弹性多孔结构，厚度极薄但强度很高，并且耐电解液腐蚀，在浸染导电浆料后变成了理想的多孔集流体材料。采用丝袜材料制作的电池，功率密度提高了一个数量级，是原来锂离子液流电池功率密度的10多倍。”陈永翀介绍说，更重要的是相对其他材料，丝袜材料非常便宜，因此电池成本得以大幅降低。
“新型储能技术能否实现规模应用，成本是关键。目前，我们正继续优化这种新型电池，预计再有两三年时间，这种‘丝袜’电池将逐步进入实用化阶段。大约5年后，这种新型储能装备估计就可以被大规模应用在新能源领域。”陈永翀说，届时低成本储能电池技术将迈入新的发展时代。
(责任编辑：admin)
中科院电工所储能技术研究组组长、固态反应与扩散中匈国际合作项目中方负责人陈永翀神采飞扬地说，“锂离子液流电池是由我们独立提出，并在国内最早开发的新型储能电池技术。它综合了锂离子电池和液流电池的优点，在电网储能领域具有良好的应用前景，目前已完成技术原理验证，进入基础技术开发的关键时期。”
2010年，陈永翀在从事传统锂电池研究时，感觉锂电池作为大型兆瓦级储能装备有一些弊端，即正负极是固定的，“电池成组寿命和安全性存在问题，并且成本太高”。而液流电池的正负极电解液可循环流动，应用于大规模储能时成本较低。“当时我就想，能不能把锂电池和液流电池各自的优点综合起来，开发一种全新的储能电池，实现输出功率和储能容量彼此独立。”
在多次尝试后，陈永翀提出锂离子液流电池的概念。“事实上，美国麻省理工学院也曾提出类似的技术概念并开展了研究，但当时没有公开。不过，美国科学家想利用它开发电动车的动力电池，我们主要想用它做分布式电网的储能装备，双方侧重点不一样。”
由于陈永翀团队是国内唯一从事锂离子液流电池技术研究的团队，此前并无先例，原创性很强，因此在寻求经费支持上颇费工夫。“关键时刻，所里给我提供了一笔配套资金支持，加上北京好风光储能技术有限公司的合作资金，我们的研究得以顺利进行。”
据了解，美国能源部先进研究计划署也看好这项技术，在今年3月宣布给予美国一个研究团队高达340万美元的资助。
如今，历时3年多，陈永翀团队的研究已取得重大进展。“如何提高电池功率密度以降低电池成本，是目前锂离子液流电池技术研究的重点。经过反复试验，我们发明了一种基于电池集流内阻解耦思路的创新设计，可降低电池极化内阻，从而提高电池的功率密度。这种设计属世界首创。”陈永翀自豪地说。
不过，这种创新设计需要一种被称为“多孔集流体”的关键部件参与电池电能的反复存储和释放。“理论上讲，多孔集流体必须尽可能的薄，在完成电子导电的同时，还必须具备足够多的孔隙允许锂离子快速通过。”在反复比较十余种多孔材料后，研究团队在丝袜中找到了答案。
“看，这就是我们当时找来的各种材料，价格不一，最贵的要每平方米1000元，而尼龙丝袜材料每平方米只需要5元。”陈永翀指着试验台上成堆的实验布料说。
试验台的一侧摆放着已做好的电池。丝袜材料经特殊加工后，被组装成不同大小的电池，最后和其他部件一起，变成脸盆大小的储能电池�？椤�“当然，这个�？榈拇笮』箍筛菪枰械髡�。”
试验台旁边的充放电测试设备上挂满了不同形状的电池，看上去犹如小卖部的货架。连接上电压后，科研人员在电脑上就可查看“丝袜”电池的各项数据。
“丝袜的主要成分为聚酰胺（俗称尼龙），具有丰富的弹性多孔结构，厚度极薄但强度很高，并且耐电解液腐蚀，在浸染导电浆料后变成了理想的多孔集流体材料。采用丝袜材料制作的电池，功率密度提高了一个数量级，是原来锂离子液流电池功率密度的10多倍。”陈永翀介绍说，更重要的是相对其他材料，丝袜材料非常便宜，因此电池成本得以大幅降低。
“新型储能技术能否实现规模应用，成本是关键。目前，我们正继续优化这种新型电池，预计再有两三年时间，这种‘丝袜’电池将逐步进入实用化阶段。大约5年后，这种新型储能装备估计就可以被大规模应用在新能源领域。”陈永翀说，届时低成本储能电池技术将迈入新的发展时代。
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