电化学储能技术特点和历史发展

国内外电化学储能政策

为了抢占能源竞争战略的制高点，主要发达国家和地区都加强了顶层设计战略主导，能源科技战略推陈出新。

①美国。2018 年 4 月，美国针对涵盖新能源和新能源汽车产业的“中国制造 2025”加征 500 亿美元关税；同年 9 月，美国能源部（doe）为储能联合研究中心（jcesr）投入 1．2 亿美元（5 年），以推进电池科学和技术研究开发。

②欧盟。2018 年 5 月，欧洲电池联盟发布战略行动计划，提出六大战略行动，将启动预计规模为 10 亿欧元的新型电池技术旗舰研究计划，打造一个创新、可持续、具有全球领导地位的电池全价值链；同年 6 月，欧盟在“地平线 2020”计划（支持能源和交通领域电池研究，经费 1．14 亿欧元）基础上制定了“地平线欧洲”框架计划，明确支持“可再生能源存储技术和有竞争力的电池产业链”，其中气候、能源和交通领域的研发经费为 150 亿欧元。

③日本。2018 年 7 月，日本经济产业省发布了《第五期能源基本计划》，提出降低化石能源依赖度，举政府之力加快发展可再生能源；经济产业省下属的新能源与工业技术开发组织（nedo）通过了“创新性蓄电池－固态电池”开发项目，将联合 23 家企业、15 家日本国立研究机构，并投入 100 亿日元，用以攻克全固态电池商业化应用的瓶颈技术，为在 2030 年左右实现规模化量产奠定技术基础。

④德国。2018 年 9 月，德国公布《第七期能源研究计划》，计划在未来 5 年投入 64 亿欧元，支持多部门通过系统创新推进能源转型，明确支持电力储能材料的研究。美、日、欧通过前瞻性布局和重金投入推动电池技术研发，无疑将加快电化学储能的规模化应用步伐。

中国对电化学储能技术也进行了规范和指导发展。2016 年 4 月，国家能源局颁布《2016 年能源工作指导意见》；8 月，工信部颁布《中国制造 2025》；10 月，工信部发布《节能与新能源汽车技术路线图》；11 月，国务院印发《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》（国发〔2016〕67 号）。2017 年，财政部、科技部、工信部、国家能源局联合发布《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》。上述文件均明确提出加快全钒液流电池、锂离子电池、铅炭电池等电化学储能技术的发展。与此同时，科学技术部、国家自然科学基金委员会、中国科学院也对电化学储能技术和应用示范进行立项支持。然而，这些研究支持相对分散，其实际效果还有待考察。值得一提的是，从 2013 年至今，中国政府对电动汽车行业的补贴已达数百亿美元之巨，有效促进了锂离子电池技术和产业链的发展。然而，对于在大规模储能领域的关键技术应用，尚无相应的补贴政策。

铅炭电池（或先进铅酸电池）是传统铅酸电池的升级产品，通过在负极加入特种炭材料，弥补了铅酸电池循环寿命短的缺陷，其循环寿命可达到铅酸电池的 4 倍以上，是目前成本最低的电化学储能技术。并且，由于铅炭电池适合在部分荷电工况下工作、安全性好，因而适合在各种规模的储能领域应用。在国际上，美国桑迪亚国家实验室、美国 axion power 公司、国际先进铅酸电池联合会、澳大利亚联邦科学与工业研究组织、澳大利亚 ecoult 公司和日本古河电池公司等机构均开展了铅炭电池的研发工作，并成功将该技术应用在数 mw 的储能系统中，可满足中小规模储能和大规模储能市场的需求。

中国在铅炭电池研究、开发、生产与示范应用方面也取得了长足的进步。比较有代表性的是南都电源、双登电源等铅酸电池企业，它们通过与中国人民解放军防化研究院、哈尔滨工业大学等单位合作，开发出自己的铅炭电池技术，并在国内成功实施了多个风光储应用示范。例如，浙江鹿西岛 6．8 mwh 并网新型能源微网项目，珠海万山海岛 8．4 mwh 离网型新能源微网项目，无锡新加坡工业园 20 mw 智能配网储能电站等。2018 年，中国科学院大连化学物理研究所与中船重工风帆股份有限公司合作，开发出拥有自主知识产权的高性能、低成本储能用铅炭电池，开展了光伏储能应用示范。

目前，尽管铅炭电池的循环寿命比铅酸电池有大幅提高，但是比起锂离子电池来说还有明显不足。如何进一步提高铅炭电池寿命，以及如何进一步降低铅炭电池成本，成为其后续发展亟待解决的关键问题。

液流电池

液流电池是一类较独特的电化学储能技术，通过电解液内离子的价态变化实现电能存储和释放。自 1974 年 taller 提出液流储能电池概念以来，中国、澳大利亚、日本、美国等国家相继开始研究开发，并研制出多种体系的液流电池。这些液流电池根据正负极活性物质不同，可分为铁铬液流电池、多硫化钠溴液流电池、全钒液流电池、锌溴液流电池等体系。其中，全钒液流电池技术最为成熟，已经进入了产业化阶段。全钒液流电池使用水溶液作为电解质且充放电过程为均相反应，因此具有优异的安全性和循环寿命（＞1 万次），在大规模储能领域极具应用优势。

在国际上，日本住友电工的技术最具代表性，其 2016 年在日本北海道建成了 15 mw／60 mwh 的全钒液流电池储能电站，主要在风电并网中应用。在中国，中国科学院大连化学物理研究所的技术最具代表性，其在 2008 年将该技术转入大连融科储能技术发展有限公司（以下简称“融科储能”）进行产业化推广。融科储能于 2012 年完成了当时全球最大规模的 5 mw／10 mwh 商业化全钒液流电池储能系统，已经在辽宁法库 50 mw 风电场成功并网并安全可靠稳定运行了近 7 年，该成果奠定了我国在液流储能电池领域的世界领军地位。2014 年，融科储能开发的全钒液流储能电池储能系统成功进军欧美市场，开始全球战略布局。2016 年，国家能源局批复融科储能建设规模为 200 mw／800 mwh 的全钒液流储能电池调峰电站，用于商业化运行示范。目前，全钒液流储能电池依然存在能量密度较低、初次投资成本高的问题，正在通过市场模式和技术创新予以完善。在未来，还需要开发具有更低成本的长寿命液流电池技术，以实现技术的迭代发展。

我国电化学储能技术的发展战略

当前，我国的能源革命还处于初期阶段，相应的储能市场体系还不完善，有必要通过补贴的方式迅速培养出完整的市场和产业链。在推动能源生产革命和消费革命的过程中，要充分发挥市场对资源的调配作用，使各类电化学储能技术依据其技术特点统筹发展。在关键技术攻关方面，仍应继续加强对研发的投入，并充分调动国内产学研优势力量进行联合攻关。

对于液流电池技术，需要进一步支持全钒液流电池降低成本，开展百 mw 级系统的应用示范并推广应用；同时，加强高能量密度、低成本锌基液流储能电池的研究，突破其规模放大技术，开展示范应用，推进其产业化。对于铅炭电池技术，战略发展的重点在于实现炭材料的国产化，进一步提高铅炭电池的性价比，并在器件量产的基础上，推动储能系统集成技术的发展和应用领域的拓展。对于锂离子技术，未来需要发展不易燃的电解液和固态电解质以提高其安全性，结合退役动力电池梯次利用以大幅降低其成本，并实现废旧锂离子电池的无害化处理。与此同时，需要重点开发耐低温的锂离子电池，以实现在我国北方地区的普及应用。除此之外，需要布局新兴钠离子电池技术的应用示范。虽然钠离子电池能量密度不及锂离子电池，但钠离子电池的原材料储量丰富、成本低廉，在大规模储能领域的优势明显。未来需要进一步降低成本，提升循环寿命，全面评测钠离子电池的电化学及安全性能，尽快建立钠离子电池正极材料、负极材料、电解质盐的产业链，开展 mw 级系统的应用示范，推进其产业化。

作为能源革命的关键支撑技术，电化学储能未来发展的前景