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從材料結(jié)構(gòu)入手將提高儲(chǔ)能電池能效

   2017-09-27 投資者報(bào)3400
核心提示:隨著尖端技術(shù)的不斷革新,人們對(duì)電池這種必需品的品質(zhì)提出了更高的要求。儲(chǔ)能電池要更加安全、更加廉價(jià)、配備更大的儲(chǔ)能空間,并
隨著尖端技術(shù)的不斷革新,人們對(duì)電池這種必需品的品質(zhì)提出了更高的要求。儲(chǔ)能電池要更加安全、更加廉價(jià)、配備更大的儲(chǔ)能空間,并且需要更高的轉(zhuǎn)換率、更廣泛的應(yīng)用環(huán)境已成為當(dāng)今社會(huì)的硬性需求。時(shí)至今日,全世界的研究人員更多地針對(duì)材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新,以求提高電池能效。作為中國(guó)知名儲(chǔ)能電池領(lǐng)域的研究專家——李曉春針對(duì)于此,多年以來通過自身所學(xué)努力研發(fā)、改良電池材料,她不但提高了電池的儲(chǔ)能效率,更增強(qiáng)了電池的穩(wěn)定性,大大提高了儲(chǔ)能電池各方面的使用率,也正因此備受業(yè)內(nèi)外人士的認(rèn)同與稱贊,其專利成果一種高安全性的磷酸鐵鋰電池更是被多個(gè)國(guó)家認(rèn)可并廣泛的應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域。
 
眾所周知,在儲(chǔ)能電池中,電解質(zhì)的作用是讓電流流過電池。即使是目前相對(duì)安全的鋰離子電池,也是在使用具有易燃性的液態(tài)電解質(zhì)。盡管前段時(shí)間的波音787起火事件的原因尚未確定,但也不難讓人聯(lián)想到罪魁禍?zhǔn)拙褪请姵亍?/div>
 
以往的固態(tài)電解質(zhì)雖然安全性更高,但其導(dǎo)電性很難滿足電池的使用要求。李曉春則通過改變儲(chǔ)能電池的正極材料結(jié)構(gòu)解決了這一難題。她以磷酸鐵鋰為正極材料的鋰離子儲(chǔ)能電池,形成不斷電系統(tǒng)UPS,配合太陽(yáng)能電池作為儲(chǔ)能設(shè)備。同時(shí)鋰離子儲(chǔ)能電池安全性極高,不含任何對(duì)人體有害的重金屬元素。李曉春研發(fā)的新型電池還打破了磷酸鐵鋰電池的溫度限制,大大加強(qiáng)了鋰離子儲(chǔ)能電池的耐低溫性能,使其可以在秋冬低溫季節(jié)正常使用。此外,為了避免固態(tài)電解質(zhì)的導(dǎo)電性不如液態(tài)電解質(zhì),李曉春還將其做得極薄,來彌補(bǔ)差距。
 
“固態(tài)電解質(zhì)不僅避免了可燃的缺點(diǎn),也讓電池可以使用能量更高的電極材料。這樣既可以使儲(chǔ)能總量提高很多,也可以減少電池體積。”李曉春說道。同時(shí),她借此基礎(chǔ)上所研發(fā)的一種高安全性的磷酸鐵鋰電池和一種延長(zhǎng)鉛酸電池壽命的方法專利,更被廣泛的運(yùn)用在各行各業(yè)的多個(gè)領(lǐng)域。尤其是在飛機(jī)上使用可以更可以節(jié)約空間,降低負(fù)重,還能極大降低成本。
 
李曉春介紹道,這種電池技術(shù)的革新之處在于,它解決了電池使用壽命、效能的問題。傳統(tǒng)固態(tài)電池在充放電時(shí),兩者間的長(zhǎng)時(shí)間交互作用會(huì)產(chǎn)生一層無(wú)用材料。這塊無(wú)用材料就好比一堵墻,增加了固體電解質(zhì)表面的電阻,時(shí)間久了電池?zé)崃繒?huì)隨之攀升,壽命也會(huì)大幅縮短。而她所發(fā)明的一種高安全性的磷酸鐵鋰電池等正因?yàn)槿际且环N材料,所以電流通過時(shí)不存在過多阻力。這意味著電池的充放電過程將會(huì)非常平順。
 
因而,無(wú)論是作為大型機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)儲(chǔ)備能源還是應(yīng)用于高科技電力設(shè)施,這種新型電池都可以一勞永逸的解決效能的環(huán)境適應(yīng)方面的問題。這不單單有利于提高人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步,更加注重環(huán)保節(jié)能。也正因這些理由,她的研究成果一經(jīng)公布就蜚聲國(guó)際,受到國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者以及電力電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的一致好評(píng)。
 
儲(chǔ)能電池的技術(shù)改造,其成就不單單局限于此,這更意味著相同體積的電池產(chǎn)品,可以儲(chǔ)存的電能將會(huì)更多。如果應(yīng)用到電動(dòng)車中,單塊電池可以保證同等續(xù)航的水平上,帶來更寬敞的空間設(shè)計(jì)。另外她的這種電池在制作程序上,可以采用混合物粉末壓縮進(jìn)塑料和鐵桶封裝的模式,并不復(fù)雜。這一特點(diǎn)便于制造不同形態(tài)的電池產(chǎn)品,在多個(gè)電池的組合方案上,設(shè)計(jì)者可以在車身角落靈活安置這些電池。
 
快速發(fā)展的儲(chǔ)能領(lǐng)域帶來的另一個(gè)挑戰(zhàn)就是——創(chuàng)新。傳統(tǒng)的模式正在受到挑戰(zhàn)。全球電力需求增速正在放緩,能源利用方式創(chuàng)新的速度正在加快,用戶需求的變化越來越多。“對(duì)于電網(wǎng)公司來講,如果單純考慮降低運(yùn)營(yíng)成本來提升收入已經(jīng)行不通,必須考慮業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型。”李曉春說。
 
對(duì)于電力企業(yè)來講,跟上趨勢(shì),投資儲(chǔ)能非常必要。另一方面,如何根據(jù)用戶需求快速做出調(diào)整,是未來競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵因素。只有主動(dòng)參與競(jìng)爭(zhēng),才能贏得主動(dòng)權(quán)。
 
目前李曉春仍在不斷測(cè)試更多種類、更高效的電池充放電的次數(shù),進(jìn)行更深層次的研究與改造。最新的研究階段,她認(rèn)為還有幾處可以優(yōu)化,硫化物為基礎(chǔ)的混合物并不是那么環(huán)保的材料,所以下一步她將會(huì)嘗試用氧化物來代替,這樣降解過程不會(huì)產(chǎn)生含硫氣體。當(dāng)然電池產(chǎn)品的安全性、穩(wěn)定性等一系列參數(shù),會(huì)成為實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證的硬性指標(biāo)。而平衡材料成本和能量密度,則是從實(shí)驗(yàn)室走向量產(chǎn)的敲門磚。
 
以此同時(shí),在設(shè)定2050年以前將全球新車二氧化碳碳排放量減少90%的長(zhǎng)期目標(biāo)下,李曉春還不斷尋求電池技術(shù)的突破。她說道:“雖然,在現(xiàn)階段我取得了一定的成功,但是我不會(huì)停下前進(jìn)的步伐。未來在尋找更具儲(chǔ)電和成本效益的材料過程中,我將運(yùn)用到資料庫(kù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)所組成的人工智能運(yùn)算方式,將能夠更快速進(jìn)行材料建模,并先行引入虛擬測(cè)試階段,更能以平行運(yùn)算方式同步展開各種材料開發(fā)專案,預(yù)料可以大幅縮短過去需要耗時(shí)數(shù)十年研發(fā)的過程。”
 
“我覺得全球能源轉(zhuǎn)變改革的勢(shì)頭非常好,建議將其作為一項(xiàng)國(guó)際大科學(xué)技術(shù),從大科學(xué)工程、計(jì)劃角度組織成立基金,共同資助全世界的科學(xué)家、工程師研究技術(shù)問題。如果技術(shù)獲得突破,貢獻(xiàn)會(huì)非常大,將促進(jìn)能源革命更快速地發(fā)展。”李曉春說。
 
能源變革的進(jìn)程只會(huì)越來越快,任何一個(gè)國(guó)家都不可能單獨(dú)完成此次科技革命和產(chǎn)業(yè)變革,只有全球創(chuàng)新合作共同來努力才能實(shí)現(xiàn)。我們期待著,未來的能源系統(tǒng),會(huì)更加友好、便捷、清潔,為子孫后代,留下一個(gè)天藍(lán)地綠的美麗地球。 
 
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