简介： 成果简介： 储能是开发太阳能、风能等可再生能源以及实现智能电网的瓶颈技术，也是提高电能质量的重要技术，在国家战略需求布局中对国家能源结构优化、国家电网安全运行起到核心和支柱作用。本项目在中科院、上海市科委节能减排等项目的支持下，围绕储能技术发展现状与趋势，研制具有自主产权、用于分布式发电的低成本、安全型水系钠基电池储能系统样机，取得了系列发明创造和创新成果。 本项目申请中国专利18项，其中授权实用新型1项，发表论文11篇。项目总体达到国际先进、国内领先水平。   成果创新性： 1、形成国内首个具有完全自主产权的水系钠基储能电池系列技术，初步贯通核心正负电极材料制备、电极设计、模块电池组装和模块检测的工艺技术路线，并研制出工程化样机； 2、提出本安型水系钠基电池储能系统的分布式能源的组网方案，建立国内首个KW级储能系统样机并应用于太阳能分布式能源储能系统中；同时实现本安型水系钠基储能系统在电力企业的实际挂网运行； 3、明确水系钠基电池储能系统应用于分布式储能中的技术经济性能、节能减排效应，建立可行的商业创新模式。   成果独占性： 本安型水系钠基储能电池作为近几年出现的新型电化学储能电池，比能量相对锂电池、钠硫电池较低，目前实际应用及推广储能规模与锂电池、钠硫电池、钒液流电池存在一定差距；但能够在成本、安全、稳定性三方面同时兼顾且具有显著优势，常温运行，充放电效率高，原材料安全、环保，非常适用于静置型规模电力储能领域应用，是最具发展潜力的规模储能技术。本项目从大容量本安型水系钠基储能电池单体设计的角度出发，贯通了核心正负电极材料制备、电极设计、模块电池组装和模块检测的工艺技术路线，解决了单体电池设计与制备、电池模块与系统设计等关键技术问题，所制备的单体电池循环寿命达到3000次以上，能量效率>85%。 1、电极材料设计与批量制备 锰基氧化物正极材料和磷酸盐类负极材料是目前文献中水系电池研究较多的材料，本项目从实际应用角度出发，进一步对正、负电极材料进行掺杂等组分设计，降低合成成本，提出了电极材料采用多球堆积的微球形的微观结构设计，该设计具有较大的比表面积，从而电池具有较高的功率特性和电容，实现电池的预期复合特性。 2、多孔陶瓷结构电极的高粘性物料均匀分散、自动成型和连续制备 基于水系电池的特性，本项目采用多孔陶瓷结构电极，通过对正、负电极的尺寸厚度等参数的设计制备，优化电极的正、负极有效配比、填充密度、孔隙率、强度等条件，提高电极的储能密度特性的同时保证电极的一致性，从而通过电极实现电池在充放电工作中，正负极的pH独立控制，防止腐蚀反应，以及实现电极的高堆积能量密度和电极在工作时离子浓度的独立性，抑制电池的水解反应。同时建立粘性粉体的干压成型技术路线，建立粉体自动称量、自动注料、自动成型的工艺路线。设计建立符合电极要求的材料配比、强度、孔隙率的控制技术，制备的极片在重量、强度等条件上具有长循环充放电和电池装配一致性的能力。 3、积木化模块设计与组装 本项目独立设计了用于水系钠基电池储能系统样机的独立式、多层积木化的电池成组技术，由多个单体电池成组构成。在多层积木化电池模块结构中，通过一个电池壳体的盖子与另一个电池壳体的底槽的相互嵌套实现电池的集成成组，具有成本低、空间利用率高、安全性高和易于成组安装方便等特点，实现了电池模块样机的示范应用。 4、电池活化与快速检测技术 按照水系钠基电池的特点，本项目设计建立了特殊的活化技术。针对电池的一致性，建立电池在线检测技术，形成了完整的批量化检测系统与标准，实现可批量化在线检测。该技术的难点在于，需要通过电池的型式试验项目清单，建立可量化的快速测试（尤其寿命）技术。建立在电池单元组装后可同步进行充放电策略，筛选不合格电池。使得电池通过设计的活化过程，在正常的运行中保持有效性能。   成果盈利性： 本项目产品测算成本1500元/KWh，除铅酸电池外，低于其他电池产品，本安型水系钠基电池循环寿命（现阶段5年）远高于铅酸电池（2-3年），该电池产品具有良好的经济性。通过技术突破和产业提升后，储能产品价格在满足规模除能的基础上，产品成本接近或者低于抽水蓄能，将极大地推动我国储能产业的发展，提高我国储能技术的核心竞争力，产生巨大的社会和经济效益。   成果持续性： 基于已推出的第一代产品，目前研制团队聚焦于第二代本安型水基（钠）离子电池。关键技术中集中解决两大问题，首先要通过电解质改性升级、电极材料结构和理化性能优化升级，电池结构设计优化，集成成组模块的结构优化等方案，提升电池循环性能、能量效率等，压缩产品成本；其中核心电极材料和电解质对于电池产品容量的提升起到关键作用，尤其对提高电池容量和长循环性能。其次通过电池关键材料的低成本化和稳定性制备，通过工艺设计及路线优化，提高电池部件和电池组的一致性，提高电池材料利用率，降低产品成本。   成果先进性： 本项目研制的本安型水系钠基电池水平与其它储能技术比较： 本安型水系钠基电池与其它储能技术的对比   从表中可以看出，本发明的综合性能在规模储能上优于其它储能技术。   成熟度：09、系统级：产品实际通过任务运行的成功考验   市场分析： 基于水基钠离子电池的技术特点，该电池产品主要应用市场为以下七个方面：分布式储能系统；可再生能源接入；通信等应急电源；削峰填谷及调峰；离网和微型智能电网；电能质量优化；其它储能电池领域（如铅酸电池已有的部分市场）。利润率>7%。   商业模式分析： 以削峰填谷应用方向为例，项目组从原料供应商处采购原料生产本安型水系钠基电池储能系统，向电力企业如上海市电力公司销售产品，电力企业通过峰谷差获取电力差价和降低设备耗损率等降低运行成本，回报支付费用；项目组使用销售额用以支付原材料、人工、设备等制造成本，剩余经费投入新产品研发，保持产品的市场竞争性。   营销状况： 目前项目处于中试化阶段，上海硅酸盐研究所属于科研院所，不具备大型企业完善的市场营销体系。目前项目与电力企业和其他课题组达成少量订单，以示范应用为主。