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    《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》對儲能技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化提出了明確的發(fā)展目標。在“十三五”期間，“儲能與分布式能源”列入“十三五”百大重點工程；“十三五”規(guī)劃中，特別提出構(gòu)建現(xiàn)代能源儲運網(wǎng)絡，其中首先提出儲能和調(diào)峰設施的建設，加快構(gòu)建多能互補、外通內(nèi)暢、安全可靠的現(xiàn)代能源儲運網(wǎng)絡。國際權(quán)威咨詢機構(gòu)麥肯錫將儲能技術(shù)定位為影響未來世界發(fā)展的12項顛覆性技術(shù)之一，2025年儲能技術(shù)對全球的經(jīng)濟價值貢獻預計超過1萬億美元。我國以及世界各國均將儲能技術(shù)列為近期和長期發(fā)展規(guī)劃的重要內(nèi)容，紛紛給予立項支持。
正在開發(fā)的儲能技術(shù)有多種，包括機械能、勢能、化學能等各種形式的能量與電能之間的可逆轉(zhuǎn)換技術(shù)，其中二次電池儲能技術(shù)由于電站設計方便、實用性強，成為開發(fā)的熱點，包括鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池、鋰離子電池等各種電池的開發(fā)已經(jīng)取得了一定的進展，但目前尚沒有一種電池在能量密度、安全性、價格等方面能同時滿足市場應用的要求。鉛酸電池的能量密度低，僅為40-50Wh/kg，存在鉛污染及析氫問題，用于密閉環(huán)境時也帶來安全隱患；液流電池的安全性較高，但能量密度僅為鋰離子電池的三分之一，環(huán)境適應性有待改善；鈉硫電池曾占據(jù)儲能市場40%-45%的份額，但隨著近年來日本NGK公司出現(xiàn)了較嚴重的火災事故，鈉硫電池表現(xiàn)出越來越突出的安全隱患；鋰離子電池比能量高，但性能易受工藝和環(huán)境溫度等因素的影響，且使用的的電解液易燃，帶來很大的安全隱患，不僅如此，鋰等元素昂貴，地殼中含量少且分布極不均勻，對于規(guī)?；瘧枚钥赡軙蔀橐粋€重要問題，已引起人們的普遍擔憂。
鈉鎳電池的能量密度與目前規(guī)模商品化的鋰離子電池相當，且電池具有過充過放電保護機制，損壞時呈低電流方式，不會有大量的熱放出，是一種目前為數(shù)不多的沒有燃燒和爆炸危險的安全電池反應，成功地通過了“美國先進電池聯(lián)合體”（USABC）制定的幾乎所有安全試驗項目，兼具高比能量和高安全性的優(yōu)點，可稱為高比能近零隱患儲能技術(shù)。此外，鈉資源豐富，鈉鎳電池成本遠低于鋰離子電池，滿足規(guī)?；瘍δ艿募夹g(shù)需求及國家對電池工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃要求。鑒于上述優(yōu)點，鈉鎳電池的應用領(lǐng)域十分廣泛，如風能、太陽能等可再生能源發(fā)電的存儲，削峰填谷，分布式儲能系統(tǒng)，電動汽車，通信基站等。
中國科學院上海硅酸鹽研究所自上世紀90年代開始對鈉鎳電池進行探索研究，“十一五”期間，在973項目的支持下，開展了鈉鎳電池的電解質(zhì)陶瓷、電極、封接、組合技術(shù)等相關(guān)基礎(chǔ)研究；“十二五”期間實現(xiàn)了與企業(yè)的合作開發(fā)，目前已經(jīng)初步形成50Ah-200Ah級儲能用鈉鎳電池的成套工藝，已具備進入中試放大的研究階段；“鈉鎳儲能電池技術(shù)”的研制項目還得到了包括國家自然科學基金、院戰(zhàn)略先導專項、上海市科委等項目的支持，取得了系列發(fā)明創(chuàng)造和創(chuàng)新成果，并成功實現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓，轉(zhuǎn)讓費6000萬元。目前正在組建上海奧能瑞拉能源科技有限公司（注冊資金5000萬元，首期投資3億元人民幣，上海硅酸鹽所股權(quán)10%）推進鈉鎳電池的示范產(chǎn)業(yè)化研究。
在上述項目的資助下，發(fā)表SCI論文28篇，申請發(fā)明專利30余件，其中，25件已經(jīng)獲得授權(quán)。

    1.鈉鎳電池中存在多個封接界面，其中絕緣陶瓷（alpha-Al2O3）與金屬連接件之間的封接難度最大，通常采用熱壓封接技術(shù)。熱壓封接需要在高溫（(1000℃）、高壓力（2000-4000N）條件下完成，對設備要求高、成本高、難以連續(xù)化作業(yè)，生產(chǎn)效率低。此外，傳統(tǒng)工藝中，絕緣陶瓷與電解質(zhì)陶瓷、絕緣陶瓷與金屬連接件之間的封接分兩步分別進行。項目團隊采用組分梯度設計、金屬連接件和絕緣陶瓷雙玻璃微晶化的方法，突破了金屬與陶瓷、陶瓷與陶瓷等部件的一體化組合技術(shù)，變兩步封接為一步封接，有效降低了能耗；避免了熱壓工藝的使用，使生產(chǎn)成本顯著降低，且一體化組合技術(shù)中所采用的微晶玻璃封接介質(zhì)對NaAlCl4穩(wěn)定，該技術(shù)也便于連續(xù)作業(yè)。這一技術(shù)獲得授權(quán)專利6項。
2.負極/電解質(zhì)陶瓷界面特性對鈉鎳電池的性能起關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)的方法是在電解質(zhì)陶瓷管表面涂覆一層鉛膜或碳膜，以增強金屬Na的潤濕特性。鉛與金屬Na的結(jié)合能較高，可有效改善金屬Na的潤濕性能，但鉛與電解質(zhì)陶瓷之間的結(jié)合力較弱，造成鉛膜極易脫落，且鉛具有毒性，帶來環(huán)境污染問題，不利于產(chǎn)業(yè)化；碳與電解質(zhì)陶瓷之間具有較好的結(jié)合性能，但碳與金屬Na的結(jié)合能較小，對潤濕性能的改善有限，不利于Na在陶瓷管表面的均勻鋪展。項目團隊利用金屬Ni/Fe等與Na具有較高結(jié)合能，碳與電解質(zhì)陶瓷之間具有較高結(jié)合能的特點，利用兩者的優(yōu)點，開發(fā)了金屬/碳復合多孔膜層，既解決了膜層與電解質(zhì)陶瓷結(jié)合力的問題，又利用毛細作用，通過孔結(jié)構(gòu)的設計，顯著增強了Na在電解質(zhì)陶瓷管表面的潤濕特性，使負極/電解質(zhì)界面阻抗降低了一個數(shù)量級，有效提升了電池的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。這一技術(shù)申請專利5項，4項已獲得授權(quán)。
3.針對Ni顆粒過度長大造成正極結(jié)構(gòu)破壞，電池性能衰減的問題，項目團隊提出采用具有自修復功能的彈性導電層對Ni顆粒表面進行修飾，極大提高了正極的穩(wěn)定性，有效抑制了活性物質(zhì)顆粒的長大。這一技術(shù)得到國內(nèi)外同行專家的高度評價，相關(guān)技術(shù)已申請專利1項，發(fā)表SCI論文2篇。
4.鈉鎳電池中Ni既是活性物質(zhì)又是導電劑，其中70%的Ni起導電骨架作用，不僅增加了成本，而且極大降低了電池的實際比能量；此外，隨著充電深度的增加，Ni不斷被消耗，而充電產(chǎn)物NiCl2又是電子的不良導體，因此，正極內(nèi)阻隨充電深度增加而增加，影響了電池的倍率性能。項目團隊首次提出用碳納米管包覆的Ni納米線取代Ni顆粒作為正極活性物質(zhì)，在正極中構(gòu)建穩(wěn)定的三維導電網(wǎng)絡，顯著提升了電池的比能量和倍率性能。相關(guān)技術(shù)獲得授權(quán)專利2項。

    中國科學院上海硅酸鹽研究所目前已形成了從原材料到核心部件及單體電池制備完成的技術(shù)鏈，獲得相關(guān)授權(quán)專利20余件，初步形成50Ah-200Ah級儲能用鈉鎳電池的成套工藝，是國內(nèi)唯一具備工程化研究能力的單位。以下核心技術(shù)具有獨占性：
1.大長徑比beta-Al2O3電解質(zhì)陶瓷管的制備技術(shù)。Beta-Al2O3陶瓷管在鈉鎳電池中起到Na+離子導體及正負極隔膜的雙重作用，是鈉鎳電池的核心部件。上海硅酸鹽研究所于上世紀60年代起開始從事。Beta-Al2O3陶瓷管的研制工作，是國內(nèi)最早開展相關(guān)研究的單位。經(jīng)過長期的技術(shù)攻關(guān)，掌握了在線定位、微擾動燒成及氣氛補償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)，突破了大長徑比。Beta-Al2O3電解質(zhì)陶瓷管的制備及近凈尺寸、無形變燒成技術(shù)，成為國內(nèi)唯一具備。Beta-Al2O3電解質(zhì)陶瓷管批量化制備能力的單位。
2.高可靠性、低成本、一體化組合技術(shù)。絕緣陶瓷（alpha- Al2O3）與金屬連接件之間的封接是鈉鎳電池的核心技術(shù)之一。傳統(tǒng)的封接技術(shù)有兩種：一種是釬焊，另一種是熱壓封接。釬焊技術(shù)需要在還原氣氛中高溫燒結(jié)固化，對氣氛的控制有一定的要求，這無疑增加了操作的成本和難度；此外，釬料中的金屬組分難以承受鈉鎳電池中的熔鹽侵蝕，使封接界面的氣密性、穩(wěn)定性及可靠性將難以得到保證。熱壓封接需要高溫、高壓環(huán)境，對設備要求極高、成本高、難以連續(xù)化作業(yè)，生產(chǎn)效率低。
針對上述問題，上海硅酸鹽研究所開發(fā)了金屬連接件和alpha- Al2O3陶瓷雙玻璃微晶化的方法，并對玻璃組分進行梯度設計，成功解決了封接界面的可靠性、氣密性及耐腐蝕性問題。該技術(shù)為上海硅酸鹽研究所獨創(chuàng)，其應用可使鈉鎳電池的生產(chǎn)成本降低30%以上，目前申請了多項專利保護。
3.鈉鎳電池自動組裝系統(tǒng)。目前，國內(nèi)尚無高溫鈉電池（Beta-電池）的規(guī)?；a(chǎn)企業(yè)，鈉鎳電池的制備工藝與鋰離子電池又相距甚遠，因而無成熟的經(jīng)驗或裝備可以借鑒，產(chǎn)線中的核心裝備均需要自主研發(fā)。項目團隊與相關(guān)廠家密切合作，攻堅克難，突破了定量注粉、高溫密封、高溫高腐蝕性條件下定量注液等技術(shù)瓶頸，形成了國內(nèi)首條具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鈉鎳電池自動組裝線，并與相關(guān)設備廠商簽訂了知識產(chǎn)權(quán)保護協(xié)議。

    目前，國際上僅有美國的GE公司及意大利的FIAMM公司掌握了鈉鎳電池的核心技術(shù)并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，其度電成本約為4000-6000元/KWh。
高可靠性、低成本、一體化組合技術(shù)的突破，使鈉鎳電池的生產(chǎn)成本降低30%以上；鈉鎳電池自動組裝線的建立，使電池的生產(chǎn)能力提升至45s/支，再加上國內(nèi)的人工成本相對低廉，預計鈉鎳電池的成本約為1800元/KWh（基于100MWh產(chǎn)能計算），略高于商品化的鋰離子動力電池（～1500元/KWh）。如果鈉鎳電池的產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴大至鋰離子電池相當?shù)乃?，其生產(chǎn)成本必將大幅度降低，同時考慮到鈉鎳電池優(yōu)異的安全性能，較低的維護成本，以及比鋰離子電池更長的使用壽命（5-10年），鈉鎳電池的實際使用成本將遠低于鋰離子電池，具有較強的競爭力。

    項目團隊在完成100MWh鈉鎳產(chǎn)線建設的同時，也正在開發(fā)下一代鈉鎳電池產(chǎn)品：（I）單體電池容量的放大研究：單體容量由現(xiàn)在的50Ah提升至200Ah；（II）電池及模組的輕量化研究：通過電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計，放電性能的提升，將單體電池及模組的能量密度提升25%以上；（III）電池動力學提升研究：開發(fā)新型復合正極，開展與之相適應的電極/界面研究，使電池的功率密度得以改善；（IV）進一步提升鈉鎳電池自動線的自動化水平，降低電池的生產(chǎn)成本。
目前，上述工作取得了一定程度的進展，部分技術(shù)已經(jīng)或正在申請專利。

    上海硅酸鹽研究所（SICCAS）研制的鈉鎳電池性能指標與美國GE公司相比，毫不遜色，部分性能指標（如倍率性能，比能量等）甚至優(yōu)于GE公司產(chǎn)品。

    鈉鎳電池的活性物質(zhì)為NaCl及金屬Ni。NaCl的資源豐富，易于獲取，價格低廉；Ni也是常見的金屬材料，因而，鈉鎳電池不受資源條件約束。鈉鎳電池主要可應用于以下領(lǐng)域：
1.風能、太陽能等可再生能源發(fā)電的儲存。國家能源局最新發(fā)布的《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃（2016-2020 年）》中提到，“十三五”期間，風電新增投產(chǎn)79GW以上，太陽能發(fā)電新增投產(chǎn)68GW以上，預計以風光發(fā)電中新增裝機量的20%為基數(shù)，按10%的功率比例配置儲能系統(tǒng)，則儲能裝機量將達到2.94GW，若每天存放2小時即對應5.88GWh新能源發(fā)電儲能規(guī)模。
2.削峰填谷。一般情況下，用電尖峰時段約占用電全時段的5%，對應尖峰用電量約占總用電量的20%，這一部分電量存在儲能的商用價值。根據(jù)目前儲能最低0.5元左右的度電成本，電價差大于0.8元/kWh的地區(qū)都有經(jīng)濟性，這些地區(qū)對應的2015年用電量合計約為3972.54億kWh，若其中10%的用電量通過儲能來進行削峰填谷，大約需要1.2億kWh的儲能設備。
3.備用電源。受益于4G網(wǎng)絡建設的刺激，電信固定資產(chǎn)投資規(guī)模增速明顯上升，未來在5G建設的帶動下將繼續(xù)保持平穩(wěn)增長。按一般通信基站的配置要求，后備電源需求大約占總投資的2%~3%，預計“十三五”期間后備電源市場規(guī)模有望超過500億元。2015 年國內(nèi)UPS銷售額為47.6億元，若“十三五”期間按 10%的復合增速，預計UPS整體市場規(guī)模將達到300億元。
4.新能源汽車動力電源。以《電動汽車充電基礎(chǔ)設施發(fā)展指南（2015-2020年）》中的“十三五”期間建設目標為準，直流充電樁新增50萬個、交流充電樁新增430萬個、充電站新增1.2萬座，對應投資規(guī)模分別為450億元、344億元、360億元，即“十三五”期間新增市場規(guī)模約1,154億元，保守也有1047億元，對應充電設備中的儲能模塊市場約為100億元。
鈉鎳電池除了可廣泛應用于風能、太陽能等可再生能源發(fā)電的儲存外，由于其具有高安全性的突出優(yōu)點，可以用于電動汽車的充電站儲能；由于其工作溫度穩(wěn)定，在嚴寒地區(qū)仍具有較高的能量效率，可用于嚴寒地區(qū)的削峰填谷或備用電源等。

    與風能、太陽能發(fā)電企業(yè)或其用戶單位開展合作，根據(jù)其需求設計產(chǎn)品，并提供儲能方案，進行規(guī)模化儲能示范，提升鈉鎳電池的影響力，打造品牌；提供一站式的儲能系統(tǒng)解決方案。

    目前項目尚處于示范運行階段，正在與廣東一家機構(gòu)就10MWh的鈉鎳電池儲能系統(tǒng)進行商業(yè)談判。