“這是我們研發(fā)的綠色鉛鹽單液流儲能電池，前面4個電堆是電池的發(fā)電部分，后面儲液罐是電池的儲能部分，電解液流經(jīng)過電堆的時候實現(xiàn)電能轉化，這樣的設計有利于功率和儲能兩部分分開，便于模塊化集成設計。”在西安理工大學劉政老師的實驗室里，他向記者介紹了“可再生耐低溫長壽命單液流儲能電池項目”，用通俗的話來講就是巨型“充電寶”。
該項目已落戶秦創(chuàng)原立體聯(lián)動孵化器總基地一年多，目前項目正在加速走向轉化落地，為區(qū)域綠色清潔可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展助力。
面向市場需求
錨定“新能源存儲”潛心研究
“新能源在發(fā)電過程中，受風的大小和光的強弱等因素影響，電壓會出現(xiàn)波動。因此研發(fā)大功率大容量的長時儲能電池來解決其發(fā)電品質不高、難以上網(wǎng)等問題很有意義。”談起研發(fā)巨型“充電寶”的初衷，劉政說。
2007年，劉政畢業(yè)于英國謝菲爾德大學，獲博士學位。2011年回國進入西安理工大學任教，從事綠色鉛鹽單液流儲能電池研發(fā)工作?；貒?，經(jīng)過一年多的市場調研和技術交流，劉政發(fā)現(xiàn)，發(fā)展儲能技術已成為可再生能源大規(guī)模接入電網(wǎng)的必然選擇，同時也是智能微電網(wǎng)的重要技術之一，其發(fā)展迫在眉睫。
“科研不是閉門造車，要面向市場需求。”劉政說，解決儲能電池的大規(guī)模、高效率、低成本、長壽命問題是未來的發(fā)展趨勢和方向。“新型儲能設施如同一個巨型‘充電寶’，是新型電力系統(tǒng)的重要技術和基礎裝備，對促進清潔電力消納、保障電網(wǎng)安全運行、推進能源綠色低碳轉型和高質量發(fā)展具有重要意義。”
“液流電池是將活性物質儲存于水系電解液中，常壓下工作沒有燃燒爆炸的風險，完全符合儲能的安全需求。”劉政介紹，“特別是鉛鹽單液流儲能電池，不但安全性能特別好，還具備結構簡單、耐季候性強、長壽命等優(yōu)點。”經(jīng)過多方考核，劉政最終確定將綠色鉛鹽單液流儲能電池作為自己的研究方向。
攻克世界級難題
單一電解液雙極性結構設計
在學校和學院大力支持下，2011年，劉政成立了液流儲能電池研發(fā)團隊，并于2012年建立了500Wh液流電池驗證系統(tǒng)，研發(fā)了綠色鉛鹽液流儲能電池電堆。
“最初面臨并需要解決的問題就是如何提高液流電池的循環(huán)次數(shù)。”劉政說，為此他和團隊師生到處走訪調研、埋頭閱讀文獻、扎根實驗室做實驗。這項工作最大的難題是根據(jù)電化學條件下金屬共沉積原理，怎樣抑制負極鉛枝晶的生成，防止電池短路失效。嘗試了上百種添加劑，都沒有達到預期效果，需要自行合成配制。劉政說，“就跟‘配藥’一樣，要把不同的化學物質搭配進行合成制備，再實驗測試其可行性。”經(jīng)過上百種化學物質搭配，上千次實驗驗證，劉政團隊最終合成一種無機非金屬添加劑，使電池單次循環(huán)壽命從低于百次提高到千次，加上該電池具有可再生特性，總循環(huán)壽命可達萬次以上。
液流電池的結構設計也是提高電池功率、容量的關鍵環(huán)節(jié)。劉政團隊起初采用單一電解液體系/單極性結構設計來提供電池功率和容量。后來在實驗中對產(chǎn)品多次改良，2017年，團隊研制出“10kW/600Ah光伏/單液流電池儲能離網(wǎng)運行系統(tǒng)”，通過合格驗收，并在惠州大亞灣6KW試點風光互補儲能系統(tǒng)應用示范，此研究成果首次攻克單一電解液雙極性結構設計世界級難題。
隨后團隊又對電池耐溫性進行科研攻關，經(jīng)過百余次實驗，終于調制出使液流電池耐極寒極熱的“獨特配方”。“我們研發(fā)的‘獨特電解液’耐溫配方，使電解熵減最低冰點溫度達到-65℃，使熵增最高沸點溫度達到+90℃，電池在-40℃-50℃正常運行，沒有一點問題。”劉政說。其團隊歷時十年研發(fā)的一體化綠色鉛鹽單液流儲能電池電堆，解決了電池耐極寒高溫性及雙極性結構等國際關鍵技術問題，發(fā)表相關領域的SCI論文16篇，獲得核心發(fā)明專利8項。
從實驗室走向市場
與本市一家企業(yè)簽訂訂單
作為西安理工大學重點推介的科研轉化項目，在學校技術研究院的引薦下，項目2022年6月落戶秦創(chuàng)原總窗口，并成立西安秦源智科儲能科技有限公司。劉政介紹說，西安秦源智科儲能科技有限公司總經(jīng)理趙云也是西安理工大學的校友。
“可再生耐低溫長壽命單液流儲能電池”產(chǎn)品，即巨型“充電寶”具有高安全性、耐腐蝕、低成本、維護簡單便捷等優(yōu)點，充放電次數(shù)可達1萬次以上，遠高于傳統(tǒng)鋰離子電池。采訪中，趙云告訴記者，該項目應用前景廣泛，產(chǎn)品主要定位于中、大型儲能市場，可以應用于風能太陽能等可再生能源調峰儲能、分布式電站儲能市場、智能電網(wǎng)大規(guī)模儲能市場和電網(wǎng)儲能調頻調峰市場等方面。
“通俗來說，我們的新型儲能技術可以解決間歇性供電對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響問題，同時還能解決邊遠地區(qū)照明、收看電視、房間供熱等急切問題，具有廣闊的市場前景。廣泛應用于新能源發(fā)電配儲、電網(wǎng)調峰調頻、應急電源、電網(wǎng)容量調節(jié)等方面。”趙云說。
目前，項目已走向工業(yè)化量產(chǎn)。“我們與本市一家企業(yè)簽訂了400余萬元的儲能電池訂單，產(chǎn)品即將交付。”趙云說，即將交付的產(chǎn)品可以讓客戶在電價低谷時一次儲存4000度電，在電價高峰時使用。按照我市目前工業(yè)用電價格，可幫助客戶每度電節(jié)約0.83元的使用成本。
秦創(chuàng)原攜手高校院所
助力更多科研成果落地轉化
“從2022年6月入駐到現(xiàn)在一年多了，從辦公場所、財稅和工商服務到知識產(chǎn)權申報、發(fā)展規(guī)劃指導、展會推介，秦創(chuàng)原為我們這些初創(chuàng)企業(yè)提供了全鏈條全周期服務。”趙云說，“特別是這里聚集了大量高校項目，行業(yè)聚集可以形成上下游互補。我們就在同一個園區(qū)找到了一家電池檢測企業(yè)，形成了配套合作，為企業(yè)節(jié)約了時間和資金成本。”
和劉政一樣，西安理工大學很多老師始終圍繞國家重大需求，堅持面向學術前沿，助力地方經(jīng)濟建設，用知識服務社會，取得了一批原創(chuàng)性和引領性科研成果，而這些科研成果則在秦創(chuàng)原的助力下加速落地轉化，走向市場，服務社會發(fā)展。
持續(xù)優(yōu)化科技創(chuàng)新生態(tài)，構建全鏈條全周期服務體系，秦創(chuàng)原正吸引著更多高校院所科技成果落地轉化和推廣應用。
記者了解到，目前僅西安理工大學就有29個團隊獲批秦創(chuàng)原春種基金項目或科技成果轉化項目，獲得各類投資過億元。該校還與秦創(chuàng)原創(chuàng)新促進中心合作，在西咸新區(qū)共同建設2000平方米的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺，為學校科技成果在秦創(chuàng)原落地轉化起到示范帶動作用。
原標題：攻克世界級難題！巨型“充電寶”實現(xiàn)量產(chǎn)！
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