技術的な障壁が破られました

現在、主な国際化学エネルギー貯蔵技術には、ナトリウム硫黄電池、リチウム電池、液体フロー電池、鉛蓄電池、リン酸鉄リチウム電池などがあります。中国科学アカデミーのダリアン化学物理学研究所の研究開発者は、再生可能エネルギー産業と電気自動車産業の発展に伴い、エネルギー貯蔵技術と産業はすべての国から高く評価されており、さまざまな新しい電気化学エネルギー貯蔵バッテリーの研究開発が行われています。技術は継続的に進歩しています。その中で、より代表的な液体フロー電池、リチウム硫黄電池、リチウム空気電池などがありますが、それらの技術開発はいくつかの実際的な課題に直面しています。

液体フロー電池のエネルギー貯蔵技術

液体フロー電池は、液体活性物質の酸化還元反応により電気エネルギーと化学エネルギーの相互変換を実現し、電気エネルギーの貯蔵と放出を実現する電気化学エネルギー貯蔵装置です。独立した電力と容量、充電と放電の深さ、優れたセキュリティ、およびその他の優れた利点により、エネルギー貯蔵の分野で最良の選択肢の1つになっています。

1970年代に液体フロー電池が発明されて以来、実験室から企業、プロトタイプから標準製品、デモンストレーションアプリケーションから商業プロモーション、小規模から大規模、単一から包括的な機能まで、何百ものプロジェクトを経てきました。総設備容量は約40mwです。

設備容量35mwの総バナジウムフロー電池は、最も広く使用されている液体フロー電池です。大連化学物理研究所、中国科学院、大連融科儡エネルギー貯蔵技術開発株式会社の技術支援を受けて。 （以下、ロンケエネルギー貯蔵といいます）は、大連化学物理研究所と協力して、全バナジウム液体フロー電池の主要材料の局在化と大規模生産を実現しました。電解質製品は、日本、韓国、米国、ドイツ、英国に輸出されています。開発された高選択性、高耐久性、低コストの非フッ素化イオン伝導膜は、過フッ素化スルホン酸イオン交換膜よりも性能が優れており、価格は後者のわずか10％であり、すべての「コストのボトルネック」を真に突破します。 -バナジウム液体フロー電池。

構造の最適化と新素材の適用により、バナジウムフロー電池の電気パイル定格電流密度は元の80ma /c㎡から120㎡に増加し、ma / cは同じ性能を維持し、電気コストはほぼ30％急落しました。 32 kwは、米国とドイツに輸出されています。 2013年5月、世界最大の5メガワット/ 10メガワット時のフルバナジウムフロー電池エネルギー貯蔵システムが、国電の龍源電力50メガワット風力発電所の送電網に正常に接続されました。それ以来、神州の風力発電網接続のための3 mw / 6 mw時間のエネルギー貯蔵プロジェクトと、国王と風力のための2 mw / 4 mw時間のエネルギー貯蔵プロジェクトが連続して実施されており、これは中国がエネルギー貯蔵ビジネスモデル。

オールバナジウムフロー電池の分野におけるもう1つのリーダーは、日本の住友電気工業です。同社は2010年に液体フロー電池事業を再開し、2015年に15メガワット/ 60メガワット時の全バナジウム液体フロー電池発電所を建設して、大規模な負荷規制と電力品質圧力によって引き起こされるピーク負荷を解決します。北海道の地方における大規模な太陽光発電所のグリッド接続。このプロジェクトの成功した実装は、オールバナジウム液体フロー電池の分野におけるもう1つのマイルストーンになります。 2014年、UniEnergyTechnologies、LLC（UET）は、米国エネルギー省とワシントンのクリーンエネルギー財団の支援を受けて、3 mw / 10mwのフルバナジウムフロー電池エネルギー貯蔵システムを確立しました。このプロジェクトでは、UET社が初めて混合酸電解質技術を適用して、エネルギー密度を約40％増加させ、全バナジウムフローバッテリーの温度ウィンドウと電圧範囲を拡大し、熱管理のエネルギー消費を削減します。

現在、液体フロー電池のエネルギー効率とシステムの信頼性を向上させ、そのコストを削減することが重要な課題です。高性能電池材料の開発、電池構造設計の最適化、内部抵抗の低減が重要な技術です。最近、張華と彼のチームは、電池の材料革新と構造革新を通じて、80 ma / /c㎡の動作電流密度、充電および放電エネルギー効率で単一電池の総バナジウムフロー電池を81％から93％に増加させました。数年前、それが開発と展望のための広いスペースを持っていることを完全に証明してください。

リチウム-硫黄電池技術

近年、従来のリチウムイオン電池技術は進歩を続けていますが、電池の比エネルギーは依然としてアプリケーションの要件を満たすことができず、電池技術は依然として携帯型電子機器や電気自動車の開発における最大のボトルネックです。 。高比エネルギー電池の技術で革新的なブレークスルーを達成するために、研究者は、より高いエネルギー密度のリチウム硫黄バッテリー、リチウム空気電池および他の金属空気電池として画期的な方向を選択し、いくつかの進歩を遂げました。いくつかの新しいバッテリー技術はすでに有望です。

最新のニュースによると、米国の科学者は最近、主な障害である電解質溶解の問題に直面しているリチウム硫黄電池を突破し、リチウム硫黄電池の故障の問題を迅速に解決するために、技術の進歩により、リチウム硫黄電池。カリフォルニア大学リバーサイド校工学部のナノスケール紙の英国王立協会ジャーナルジャーナルに掲載された研究者は、最近、カソード材料によって形成された二酸化ケイ素の組み合わせでリチウムを防ぐことができるナノスケール硫黄粒子の開発に成功したと発表しましたバッテリー電解質、大幅なブーストバッテリー性能の溶解。

リチウム硫黄電池は、正極に硫黄元素、負極にリチウム金属を使用した電池の一種です。その理論上の比エネルギー密度は最大2600Wh / kgであり、実際のエネルギー密度は最大450Wh / kgです。同時に、元素硫黄は安価で豊富で環境にやさしく、高比エネルギー電池技術の工業化に最も近いものです。

国際的には、リチウム硫黄電池の代表的な研究開発メーカーには、SionPower、Polyplus、米国のMoltech、英国のOxis、韓国のsamsungなどがあり、その中でSionPowerが最も代表的です。 2010年、SionPowerはリチウム硫黄電池を無人航空機（uav）に適用しました。バッテリーは昼間は太陽電池で充電され、夜間は放電されて電力が供給され、UAVの連続14日間の飛行記録を打ち立てました。リチウム硫黄電池の成功例です。中国では、リチウム硫黄電池の研究は、主に大連化合物研究所、中国科学院、中国化学予防研究所、北京理工大学などの研究機関に集中しており、近年急速な発展を遂げています。現在、国産のリチウム硫黄電池は、エネルギー密度（> 450Wh / kg）で世界をリードする位置にありますが、数十回の通常の充放電後、エネルギー密度が大幅に低下し、サイクル寿命を改善する必要があります。緊急に。

リチウム-硫黄電池は、世界で最も先進的な技術の1つです。電池のサイクル寿命と安全性をいかに大幅に改善するかが、リチウム硫黄電池の工業化の鍵となります。

金属空気電池技術

現在、金属空気電池、特にリチウム空気電池は大きな注目を集め、多くの重要な進歩を遂げています。

リチウム空気電池は、リチウム金属を負極とし、空気中の酸素を正極活物質とします。リチウムと酸素の電気化学反応により、電気エネルギーと化学エネルギーの相互変換を実現します。電池の理論エネルギー密度は約3500Wh / kgで、リチウムイオン電池の10倍でガソリンに近い。リチウム空気電池の潜在的な用途の見通しを視野に入れて、世界の多くの国が関連する研究作業を実施しています。 IBMは、1回の充電で500マイルの航続距離を達成することを目的とした「バッテリー500」プロジェクトに取り組んでいます。日本の旭化成などの企業が加わることで、ダイヤフラムや電解質の研究が促進されます。

リチウム空気電池は新しい概念ではなく、1976年にロッキードの研究者によって最初に提案されました。1996年に、Abraham etal。有機電解質液体のシステムを提案し、リチウム空気電池研究の新しい状況を開始しました。現在、リチウム空気電池の研究は、電池の性能を直接決定する正極に主に焦点を当てています。エネルギー密度の観点から、最も代表的な材料はグラフェンです。米国の太平洋北西国立研究所の研究者は、既存のリチウムイオン電池をはるかに超える約15,000 mah / gの放電比容量を実現する気泡状構造の層状グラフェン材料を開発しました。

しかし、リチウム空気電池の充放電過程で発生する酸素含有中間生成物は、炭素材料や電解質と化学反応を起こし、多くの副生成物（炭酸リチウムなど）が発生します。 ）、これはバッテリーサイクルに大きく影響し、その開発を制限するボトルネックの問題です。ブルースら。正極に多孔質の金と炭化チタンを塗布し、副反応を効果的に抑制し、100サイクルの保持率は95％以上です。

高エネルギー密度はリチウム空気電池の主な利点であり、循環の安定性はその技術の開発の鍵です。一方、リチウム金属の精製、充電および放電中のリチウムアノードとデンドライト抑制の保護、高活性の正の触媒成分と選択的酸素透過膜の開発、および電池構造設計の統合技術はすべて、効果的に必要な問題です。実際のプロセスで解決しました。

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