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在当前经济面临不少困难的背景下,中国制造“新三样”——新能源汽车、锂电池和光伏产品,表现让人眼前一亮。据海关总署数据显示,2023年“新三样”合计出口首次突破万亿元,比上年增长29.9%,高于整个出口增速29.3个百分点,更是推动中国稳居全球电动汽车制造和太阳能装机容量第一大国,让世界对“中国制造”刮目相看。
重大科技成就,为中国制造“新三样”蓄力储能
欣喜的同时,我们也看到“新三样”对锂资源的高度依赖,目前我国70%的锂资源靠进口,供应链一旦出问题,就难以同时满足交通、智能电网和可再生能源大规模储能的需求。
近期,在国家科技传播中心举办的以“新纪天工 开物焕彩——新型储能的时代”为主题的重大科技成就发布会上,我们看到了中国科学院物理研究所带来的最新科技成就“百兆瓦时级钠离子电池储能技术”,钠离子电池有望成为大规模应用储能电池的重要补充。
相比目前市场份额最高的锂离子电池,钠离子电池具有资源丰富、成本低廉的优势。钠离子电池一方面可以解决现有电池化学体系过于单一的问题,从资源安全角度出发符合国家战略需求;另一方面钠离子电池应用场景多样,且具有倍率性能和低温性能优势,因此在未来可与锂离子电池形成有效的优势互补。
攻克关键难题,抢占科技竞争和未来发展制高点
中国工程院院士、中国科学院物理研究所研究员陈立泉在为成就推介时表示,中国科学院物理研究所有关钠离子电池的基础研究,已有十余年技术积累。目前,最新制备的钠电池电芯能量密度可达到200Wh/kg,已达到国际最高水平。如何实现科技创新突破取得世界领先地位的呢?
中国科学院物理研究所胡勇胜研究员交出了十年磨一剑的优秀答卷:团队最为关键的举措在于设计开发高性能的核心材料,主要包括正极、负极和电解液。
团队在国际上首次提出了具有完全自主知识产权的Cu基氧化物正极材料和煤基碳负极材料。近年来提出了“阳离子势”以预测层状氧化物正极物相结构、解耦正极材料空气稳定性影响机制、并提出表面固体电解质包覆和高熵组分设计以提升正极高电压稳定性的策略。此外,揭示了无定形碳负极储钠机制,发掘了硬碳负极快充特性,设计了一系列容量在400mAh/g以上的高性能碳负极材料。在电解液方面,设计开发了具有高电化学窗口、宽温区、高正负极兼容性的阻燃电解液。
通过上述关键核心材料设计,提升钠离子电池综合性能。
科研成果转化,实现从1到100的产业化落地
2017年,基于物理所核心正负极材料的知识产权,国内首家钠离子电池企业中科海钠应运而生。北京中科海钠科技有限责任公司总经理、高级工程师李树军作为成就代表发布时提到:钠离子电池产业已经完成从0到1的产业化构建,产能规模迅速增长。作为国内布局最早、专利最全、产业化最快的钠离子电池企业,中科海钠携手多家央国企和行业龙头,缔造了多个全球第一。2018年,推出全球首辆钠离子电池微型电动车。2019年,建成全球首座100kWh钠离子电池储能电站。2021年,建成全球首座1MWh钠离子电池储能电站,入选国家能源局首台(套)重大技术装备。2022年,与三峡集团合作建成全球首条年产GWh级钠离子电池规模量产线。2023年,与江淮集团合作推出小批量钠离子电池电动汽车。2024年,联合南方电网,成功建成并运营全球首座10MWh钠离子电池储能电站;联合大唐湖北建成的全球首座100MWh钠离子储能电站已全容量并网。依托此两大工程,再次入选国家能源局首台(套)重大技术装备。
全球首座10 MWh(左)和100 MWh(右)钠离子电池储能系统
“我国钠离子电池不论是在材料体系和电池综合性能等技术研发方面,还是在产业化推进速度、示范应用以及标准制定等方面均处于国际前列,已具备先发优势。”胡勇胜说。“相信在不远的未来,钠离子电池可在规模储能、分布式储能、工商业储能和电动自行车、短续航电动车、电动重卡、重型机械等领域广泛应用,与锂离子电池优势互补,并有望彻底解决锂资源“卡脖子”风险,保障国家能源战略安全,为实现双碳目标和全球能源互联网做出新的更大贡献。”