储能产业初步研究（四）
——储能产业补充技术的发展方向
前言
学习和研究二十大报告时，“科技”成为了频次显著提升的热词之一，“制造业高端化、智能化、绿色化发展”成为了建设现代化产业体系的发展方向。
而对比报告审阅版本和最终版本，惊讶地发现最大变化落在了“新能源”，最终版本的报告在对“战略性新兴产业”过往成就回顾时加上了“新能源技术”，确实回顾过往十年，新能源技术成为了我们发展的底气之一。
因此，我们也将目光聚集到了这一领域，而储能作为行业关键的一环，我们进行了初步的探索。之后，我们将从储能产业发展的背景、现状技术和鼓励发展的技术等角度进行分享。
在储能产业的发展背景和产业发展现状的研究基础上，文章将从其他更多的技术方向探索储能产业，前面重点介绍了钠离子电池，这次重点涉及的是液流电池和固态电池。
03
储能产业补充技术的发展方向
3、液流电池
液流电池是由Thaller于1974年提出的一种电化学储能技术，是利用正负极电解液分开、各自循环的一种高性能蓄电池。
在锂电池安全事故频发的情况下，安全性突出的“钒电池”正在以“后补军”的角色入局，《关于加快推动新型储能发展的指导意见》提出，“到2025年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，钒电池渗透率达到20%。”
（图片来源：中国储能网）
（1）技术特点
液流电池一定程度被视为锂电池的替代品，但目前在电池比较关键的指标表现上仍有较大的改善余地。
图：液流电池优缺点
（2）技术方向
根据活性物质的不同，液流电池可以分为全钒、锌铁、锌溴、铁铬等20多种技术路线，近些年新体系液流电池储能技术不断涌现，新体系还可以分为无机体系液流电池和有机体系液流电池。
从研究重心来看，一方面是持续探索的新的技术路线，另一方面便是离子交换膜等关键配件的改进研究，尤其是对液流电池的能量效率和电池寿命起重要影响的离子交换膜，是最主要的研究方向。
（数据来源：scinapse|Academic Search Engine，
关键词：flow battery）
从研究进展来看，液流电池储能系统并没有真正超越原型演示阶段，多数路线还处于实验室研发阶段。
全钒液流电池是目前全球范围商业化最快的液流电池路线，随着国家能源局批准建设的首个国家级液流电池储能调峰电站示范项目正式并入辽宁电网，预示着全钒液流电池储能技术的全球领先优势进一步巩固。
锌镍液流电池和铁铬液流电池均处于示范阶段，主要在提高能量密度、提高稳定性等方面开展了大量研究工作。
此外，相较传统的活性物质的搭配外，“半固态”（含有二氧化锰颗粒和炭黑的泥浆状的混合混）、多硫化物-空气的电解质等混合模式的尝试也正逐步增多。
（3）主要的企业
全钒液流电池作为商业化程度最高的技术，也是目前企业布局的主要方向。国外代表性企业有日本住友电工、美国UET、德国Voltstorage等，国内代表性企业有融科储能、北京普能、上海电气等。其中，融科储能依托中科院大化所，是目前的龙头企业，装机量累计达559MWh，同时海外项目装机量达16.44MWh。
锌溴液流电池是除全钒液流电池以外商业化较为成功的液流电池技术，国外代表性企业有美国ZBB公司、Primus Power公司，住友电工等，国内有百能汇通、陕西华银、美能储能系统等。此外，锌铁液流电池的商业化也在加快，近期市场消息，纬景储能在6个月内连续完成数轮融资，共计融资金额超4亿元。
铁铬液流电池方面涉及的企业相对较少，目前布局力度较大、进展较快的企业为国家电投，2022年年初全球最大功率“容和一号”铁-铬液流电池首条量产线建成投产，意味着初步商业化的实现。
4、固态电池
固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池，一般功率密度较低，能量密度较高，也是近年来被视为可以继承锂离子电池地位的电池，尤其在新能源汽车领域。
在《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》(征求意见稿)中就明确提出了加强固态电池研发和产业化进程的要求，“到2030年，我国液态电解质将演变为固态电解质”。
（图片来源：粉体网）
（1）技术特点
图：固态电池优缺点
（2）技术方向
鉴于安全和能量密度上的优势，固态电池已成为未来锂电池发展的必经之路，近五年来研究力度稳步提升。
（数据来源：scinapse|Academic Search Engine，
关键词：solid state electrolyte）
从路线来看，目前主要包括硫化物、氧化物、聚合物三类，且正从半固态、准固态向全固态推进。
聚合物电解质：最早实现固态电池装车测试，目前高能聚合物是研究方向。
优点：高温下工作性能好；易制备，与现有的液态电解液的生产设备、工艺都比较兼容；机械性能好比较柔软。
缺点：电导率太低，需要加热到60度高温才能正常工作；电化学窗口窄，不能适配于高电压的正极材料。
进度：目前法国Bolloré公司实现了初步商业化，用于Autolib项目的电池电芯的能量密度为230Wh/kg、续航里程达到250km，但面临安全和成本问题，未对外推广。此外，中科院青岛能源所的“青能-Ⅰ”能量密度 300Wh/Kg、循环寿命超过500次，已用于为“万泉”号着陆器控制系统及CCD传感器提供能源。
氧化物电解质：可以分为晶态和非晶态两类，目前一方面是固液混合的实际应用方向，另一方面电解质元素替换和异价元素掺杂、阴极材料调整来提高低室温电导率。
优点：具有较好的导电性和稳定性，离子电导率比聚合物更高，热稳定性高达1000度；机械稳定性和电化学稳定性相对较好；循环性能良好；尺寸灵活，可设计性强。
缺点：相对于硫化物，电导率偏低；氧化物坚硬，导致电池孔隙率非常高；制备工艺复杂。
进度：目前美国Sakti3作为该方向的龙头企业，采用薄膜沉淀工艺，声称能量密度可以达到每升1000瓦时、续航超700km。国内目前清陶新能源率先实现产业化，但一代产品实际上是半固态电池，液体含量在5%-15%，能量密度最大到420Wh/kg。
硫化物电解质：是最具潜力的技术路线，但研究难度也较大，目前主要通过引入多元素掺杂，发挥元素特性和协同作用。
优点：三种材料体系中电导率最高的；电化学稳定窗口较宽（5V以上）。
缺点：热动力稳定性很差；无法避免锂枝晶的产生；制备工艺比较复杂，易氧化，遇水产生有毒气体，提升了额外成本。
进度：丰田的研究进展较快，能量密度可以做到600Wh/kg。宁德时代是少数走该路线的国内企业，但表示“距离实现固态电池商业化还有很远的路要走”。
（3）主要的企业
从各条线路来看，布局聚合物路线的多为欧美企业，硫化物路线主要受到日韩企业的热捧，国内主要押注的是氧化物路线。
从研发主体来看，由于固态电池最重要的实践是新能源汽车，车企也是目前最多的研发主体，包括丰田、本田、大众、宝马、比亚迪等均已经公布了研发规划，主要通过自研或与电池生产商合作，计划于2030年前后量产。
后期，我们将从压缩空气电池、飞轮储能等其他更多的技术方向探索储能产业。
敬请期待
参考资料：
香港财华社《储能百家争鸣，钒电池是昙花一现还是细水长流？》
新能源网《双膜技术为长期储能提供了希望》
MIT NEWS《MIT团队找到新型“半固态”液流电池材料：不仅低成本 还可灵活扩容》
储能科学与技术《液流电池储能技术研究进展》
科技资讯《典型液流电池储能技术的概述及展望》
工信部《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》(征求意见稿)
北极星储能网《清陶能源：液体含量5%以下的固态电池预计2024年量产》
麦姆斯咨询《固态和聚合物电池技术及市场-2021版》
北极星储能网《清陶能源：液体含量5%以下的固态电池预计2024年量产》
中科院青岛生物能源与过程研究所《固态电池全面分析：2020准固态，2025全固态》
日月辰科技《固态锂电池近十年的研究进展》
麦姆斯咨询《固态和聚合物电池技术及市场-2021版》
投资界《固态电池三大技术路线争霸》
前瞻产业研究院《一文了解固态电池研发现状 日本研发水平遥遥领先》
AI芯天下《固态电池三大技术谁能走到终局？》
安信电新《行业深度：固态锂电产业化深度解析》
1
储能产业初步研究（一）——储能产业发展背景探索
2
储能产业初步研究（二）——储能产业的基本情况
3
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