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固體物理研究所的高性能鈉硫儲能電池，Na-β-Al2O3陶瓷隔膜制備技術已達到國際先進水平，目前處于組裝商業(yè)化(工業(yè)化)鈉硫電池中試階段，最終將實現鈉硫電池及其電池組的轉移轉化與產業(yè)化。等離子體物理研究所的“智慧儲能”不但可應用與電能替代，還可應用于風電供暖及電網調峰;新型液態(tài)金屬儲能電站系統(tǒng)待突破新型儲能電站設計與關鍵技術、建成50MW儲能電站中試系統(tǒng)，完成液態(tài)重金屬關鍵設備制造，兩項均已成熟待產業(yè)化。等離子體物理研究所的石墨烯燃料電池關鍵材料項目，探索應用等離子體法制備石墨烯的新方法、以石墨烯為電極材料組裝燃料電池，使其特性幾倍于當前商用電池，目前處于小試階段，待與企業(yè)聯合開發(fā)。
幾項科技成果詳細公示內容如下：
1 高性能鈉硫儲能電池
所處階段： 中試
成果來源：固體物理研究所
必要性及需求分析
能源和環(huán)境是人類跨入二十一世紀所面臨的兩個嚴峻的問題。發(fā)展節(jié)能、儲能技術以及開發(fā)新型零排放的動力蓄電池替代傳統(tǒng)燃油發(fā)動機，已經受到全球各國政府的廣泛關注。采用Na-β-Al2O3陶瓷作為隔膜部件的高能量高放電電流密度電池(Na/S電池)，同時具有高功率密度、長循環(huán)壽命、無自放電現象、100%的庫侖效率以及其本身活性物質無毒無害等突出優(yōu)點，是先進的高效和綠色環(huán)保能源, 作為能量存儲用于削峰填谷以及純電動/混合動力汽車電源，有難以匹敵的優(yōu)勢和廣闊的應用前景。
鈉硫電池運行在高溫(270至350℃), 負極活性物質為熔融金屬Na, 正極活性物質為熔融的單質S, 正負電極間采用固體電解質β-Al2O3，理論比能量為760Wh/kg, 電源電動勢為2.076V。作為電池的隔膜，至今研究表明β-Al2O3陶瓷難以被其他材料代替。由于Na/S電池能否研發(fā)成功以及其性能好壞，完全決定于鈉離子導體β-Al2O3固體電解質的獲得及其性能優(yōu)劣，因此高性能的β-Al2O3固體電解質的獲得是制造該類電池的技術前提。實際上，高性能β-Al2O3固體電解質管的制備技術是制造該類高溫電池的技術瓶頸。從電池結構的特點可以看出，高活性鈉和高腐蝕性S及多硫化鈉(放電產物)儲存和密封也是必須解決的關鍵技術問題，否則它們會直接影響電池的壽命及安全性。
中科院固體物理研究所成功突破了制備β-Al2O3陶瓷技術，掌握了動態(tài)燒結技術和批量化靜態(tài)燒結技術，達到國際先進水平。成功地進行了陶瓷玻璃封接、金屬與陶瓷連接。目前正在組裝商業(yè)化(工業(yè)化)電池，實現客戶需求的電池組。
目標及主要任務
(1)目標
突破高鈉離子電導率、高力學強度、大尺度β-Al2O3陶瓷管制備技術，同時突破Na/S電池密封技術和抗活性物質腐蝕技術，研發(fā)出高可靠性大容量的Na/S單體電池，實現電池組演示。
(2)主要任務
- β-Al2O3陶瓷管制備中性能控制的穩(wěn)定性與量產的關鍵技術研究和相關設備的研發(fā)。
- 金屬-陶瓷間的密封技術路線的優(yōu)化以及相關設備的研發(fā)。
- 鈉硫電池正極罐內壁防腐蝕鍍層性能的優(yōu)化以及正極室內阻的減小。
- 單體電池整體結構優(yōu)化及對應組裝過程的優(yōu)化及相關裝置的研制。
- 單體電池性能測試和性能評估。
- 電池組恒溫箱的設計及電池組安裝與溫度、電壓等的自動控制。
現有工作基礎
突破了制備Na-β-Al2O3陶瓷技術，掌握了動態(tài)燒結技術和批量化靜態(tài)燒結技術，達到國際先進水平。成功地進行了陶瓷玻璃封接、金屬與陶瓷連接、金屬防腐處理。目前正在組裝商業(yè)化(工業(yè)化)電池，對其性能進行評估。
預期經濟和社會效益
鈉硫電池高的比能量密度(單位質量)、高能量密度(單位體積)、長循環(huán)壽命以及維護簡單等優(yōu)點，作為EV電源可以實現真正的零排放，如果用于轎車和公共交通，必將大大緩解我國城市日益嚴重的環(huán)境污染問題。有關發(fā)展我國的儲能技術的意義在此也不必贅述。大家知道，我國城市，特別是大、中型城市，在盛夏和嚴冬季節(jié)，經常要拉閘限電，這不僅妨礙工業(yè)生產也嚴重影響城市居民生活。如果采用Na/S電池組儲能系統(tǒng)就可以將夜間的多余電能儲存起來，在用電高峰釋放，獲得”削峰填谷”效果，從而達到改善電力分布、提高電力供應質量和緩解電力供應緊張局面的目的。另外在我國的西北和南方沿海地區(qū)，風能和太陽能資源非常豐富，但這類可再生能源受天氣和季節(jié)的影響非常大，遇到陰雨天和無風天氣，則會造成電力供應緊張甚至中斷，給廣大使用該類可再生能源的用戶(在西北大多是偏遠貧困地區(qū))造成生成和生活的嚴重影響。正由于這種電力供應的不穩(wěn)定性，據報道目前我國70%以上的風力電站所發(fā)的電不能(允許)入網，給國家和相關眾多企業(yè)造成巨大損失。顯然，鈉硫電池組儲能系統(tǒng)如果與風力和太陽能發(fā)電站連接，將會從根本上解決該類可再生能源供應中的電力漲落問題，從而發(fā)揮巨大的經濟和社會效益。
實施方式(模式)
擬研制10KWh演示電池組，對其進行全面評估，為產業(yè)化實施準備基礎，最終實現鈉硫電池及其電池組的轉移轉化與產業(yè)化。
附件：圖片
2 “智慧儲能”——實施電能替代的關鍵技術支撐
所處階段：成熟待產業(yè)化
成果來源：等離子體物理研究所
必要性及需求分析:
隨著經濟發(fā)展和人口增加，能源短缺、氣候變化等問題日益突出。尤其近幾年我國大部分省份冬春季頻繁發(fā)生嚴重霧霾，引起全社會對環(huán)境保護的關注以及對能源發(fā)展方式的反思，為構建與能源發(fā)展方式轉變和能源戰(zhàn)略轉型相適應的綠色能源消費模式，國家電網公司提出實施“以電代媒、以電代油、電從遠方來”的發(fā)展戰(zhàn)略，推動電能替代工程。“智慧儲能”技術就在此大背景下研發(fā)成功，系統(tǒng)產品的應用實質是對現有能源的合理全部利用不浪費，可應用于電能替代、風電供暖、電網調峰等國家電網涉及的幾乎所有技術領域。
目標及主要任務:
目前全球大多數國家熱能的消耗是電能的兩倍，中國也是如此，現階段熱能供應的主要方式還在依靠燃煤和燃氣。而利用“智慧儲能”技術，可以在不增加電網負擔的情況下將夜間的谷電及棄風電消納，通過技術手段轉化為熱能存儲下來，再根據用戶的不同需求，通過與水的換熱產出熱水進行供暖或者產出蒸汽進行工業(yè)供熱。“智慧儲能”技術的應用，可顯著降低燃煤燃氣的使用，從而有效治理霧霾，同時還提高了用電效率。
現有工作基礎:
淮南中科儲能科技有限公司研制的10MWht中試儲熱實驗平臺，設計合理、建造精良，調試成功，可連續(xù)穩(wěn)定產生過熱蒸汽;該實驗平臺曾試運行達40多天，利用夜間谷電，成功實現為3000m2學生公寓冬季供暖;試運行期間，系統(tǒng)整體保溫效率達到98%，工作區(qū)間內介質始終保持液體狀態(tài)，流經的管道系統(tǒng)氣體壓力為常壓，這就使得“智慧儲能”技術在電能替代工程的應用上具備了技術保證。
預期經濟和社會效益:
“智慧儲能”技術不但可應用與電能替代，還可應用于風電供暖及電網調峰;我國國土幅員遼闊，國家電網遍布城鄉(xiāng)，涉及每一個省份，僅電網合作就是一個很可觀的主要市場;若能廣泛用于國家電網的改造升級，電能替代工程的大力推動，以及有能源利用與存儲需求的工業(yè)企業(yè);則經濟效益大為可觀。
“智慧儲能”技術伴隨電能替代工程的發(fā)展，將以輸電代替輸煤，減少煤炭大規(guī)模、遠距離運輸壓力，從根本上解決煤電運緊張問題;還能促進能源基地集約高效開發(fā)和電力大規(guī)模輸送，全面提高能源開發(fā)利用的效率和效益;同時依托特高壓電網，實現西部、北部的水能、風能、太陽能等清潔能源大規(guī)模開發(fā)和大范圍優(yōu)化配置;提高電能占終端能源消費比重，對于推動社會節(jié)能減排，緩解城市霧霾困擾，促進我國能源可持續(xù)發(fā)展有著重要的現實意義。
實施方式/模式：
鑒于 “智慧儲能”技術及產品的特殊性，其所應用的目標市場即為國家電網的改造升級及工業(yè)企業(yè)相關的能源利用與存儲領域;“智慧儲能”系統(tǒng)產品既可與遍布國內城鄉(xiāng)的電網并網后儲能、供熱、發(fā)電;也可為有“智慧儲能”技術需求的工業(yè)企業(yè)研制并且施工成套儲能系統(tǒng)產品。
附件：圖片
3 新型液態(tài)金屬儲能電站系統(tǒng)
所處階段：成熟待產業(yè)化
成果來源：等離子體物理研究所
必要性及需求分析:
儲能電站將多余的電能、通過儲能介質存儲起來，需要用電時再放出能量產生電能向電網輸送。因此儲能電站是解決可再生能源間歇性和不穩(wěn)定性、提高常規(guī)電力系統(tǒng)和區(qū)域能源系統(tǒng)效率、安全性和經濟性的迫切需要，被稱為電力產業(yè)的第6價值鏈和21世紀電力產業(yè)的新經濟增長點。西班牙在安達盧西亞格拉納達省3×50MW儲能電站能夠供20萬人口使用的環(huán)境友好的電能，由此可以使每年節(jié)省45萬噸二氧化碳的排放。
(1)儲能電站是提高常規(guī)能源發(fā)電與輸電效率、安全性和經濟性的迫切需要。當前發(fā)電裝機容量與電網容量是按最大需求建設，隨著電網峰谷差日趨增大，必然導致非用電高峰時發(fā)電機組的停機或低負荷運行以及電網容量的浪費。2011 年全國電網負荷利用系數小于55%。利用儲能電站儲能可以大幅提高發(fā)電機組實際運行效率，增強電網的輸電能力。國際上也采用儲能系統(tǒng)提高電廠的總負荷系數，而我國的火電廠尚沒有增加儲能系統(tǒng)。
(2)儲能電站是我國可再生能源大規(guī)模接入的迫切要求。根據我國《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，到2020 年，風電和太陽能并網裝機分別達到2 億千瓦和5000 萬千瓦。但風能和太陽能等可再生能源固有的間歇性和波動性對電網的沖擊很大，導致我國風電和光伏發(fā)電未并網比例高，棄風/光嚴重。如2012年的全國總棄風量達200億kW˙h，平均棄風率為20%，局部地區(qū)達40%，風電和太陽能已成為電網的“負擔”，而儲能系統(tǒng)能夠很好的解決此問題。
近年來液態(tài)金屬及其合金(合金熔點溫度更低)在先進核能、太陽能電池等領域已經成為最具競爭力的能量載體之一。與傳統(tǒng)的熔鹽儲能相比，液態(tài)金屬使用溫度范圍大(最高可達1000℃)，化學穩(wěn)定性好，溫度上限對儲能限制小，熱導率和傳熱效果在同等條件下(如300℃)為熔鹽的十倍，具有巨大的儲熱能力。因此，采用液態(tài)金屬及其合金作為儲能介質，能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的導熱油、熔鹽的介質，提高儲能電站的經濟性具有重要意義。
目標及主要任務:
(一)目標
完成新型儲能電站設計與關鍵技術突破，建成50MW儲能電站中試系統(tǒng)，完成液態(tài)重金屬關鍵設備制造，實施成果轉移與產業(yè)化。新型液態(tài)金屬儲能電站具有以下特點：
- 技術先進：采用液態(tài)金屬作為儲存介質，其導熱性能好、熱熔大、使用溫度高、化學性能穩(wěn)定;
- 經濟性高：電站系統(tǒng)的熱電轉化效率可達到55%，若同時作為供熱系統(tǒng)，電站的熱經濟效率可達到75%;
- 應用前景廣闊：作為我國電網系統(tǒng)的有利補充，能夠解決在低負荷條件下電廠的經濟性問題，提高電廠的負荷系數，降低電廠排放污染物，實現高效、環(huán)保、環(huán)境友好型電力生產;
(二)主要任務
(1)開展新型金屬合金(如鉛合金、錫合金等)熔煉與純凈化工藝研究，降低合金熔煉成本，選擇適用于儲能系統(tǒng)的金屬及其合金材料。
(2)開展液態(tài)金屬及其合金與儲能系統(tǒng)結構材料的相容性研究，篩選服役性能優(yōu)良的儲能系統(tǒng)結構材料。
(3)研制液態(tài)金屬儲能系統(tǒng)關鍵設備，如換熱器、驅動泵等，具有良好的長期運行穩(wěn)定性和重復性。
(4)聯合發(fā)電廠開展示范應用，建造一套50MW液態(tài)金屬儲能電站系統(tǒng)，開展儲能電站綜合技術驗證與復雜工況下的測試，對液態(tài)金屬儲能電站系統(tǒng)經濟性驗證。
現有工作基礎:
(1)已成功制備百噸級高純度液態(tài)重金屬鉛基合金，為研制新型液態(tài)金屬合金提供了熔煉技術支持。
(2)已成功研發(fā)液態(tài)金屬儲能系統(tǒng)關鍵設備，如液態(tài)金屬驅動系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、氧測量與控制系統(tǒng)，并成功運行幾萬小時，為大中小型液態(tài)金屬儲能系統(tǒng)研制提供了較為成熟的核心設備。
(3)已成功研制并穩(wěn)定運行幾萬小時的世界規(guī)模最大、參數最高的液態(tài)金屬實驗裝置群(DRAGON和KYLIN回路)，為研究液態(tài)重金屬及其合金物理、化學性質、液態(tài)金屬換熱能力提供了豐富的測試平臺;
(4)依托中科院核能安全技術研究所，擁有本項目所需的多學科交叉人才隊伍，涉及到材料、真空、電磁、結構、熱工、化學、測控、機械等專業(yè)。
預期經濟和社會效益:
(1)巨大的市場潛力及推動上下游產業(yè)飛速發(fā)展：我國目前共有200多家火力發(fā)電廠，按照每個系統(tǒng)造價5億元，每個電廠配套2套儲能系統(tǒng)，市場潛力超過2000多億元，同時擴大上下游行業(yè)的發(fā)展，如冶煉、金屬制備、設備制造等產業(yè)，直接經濟效益超過500億元。
(2)增加火電廠總負荷系數，提高電廠經濟性和減少溫室氣體排放：利用儲能電站可將燃煤機組的總負荷系統(tǒng)及電網利用系統(tǒng)都提高到80%，則可減少2.1 億千瓦的火電裝機建設和25%電網容量建設，相當于減少投資1.05萬億元，同時每年節(jié)約3000萬噸標準煤及近1億噸二氧化碳的排放。
(3)降低風能和太陽等的棄風率，解決風能和太陽能的大規(guī)模接入問題：到2015 年和2020年，分別相當于每年節(jié)約3000萬噸和8000萬噸標準煤。
實施方式/模式：
(1)巨大的市場潛力及推動上下游產業(yè)飛速發(fā)展：我國目前共有200多家火力發(fā)電廠，按照每個系統(tǒng)造價5億元，每個電廠配套2套儲能系統(tǒng)，市場潛力超過2000多億元，同時擴大上下游行業(yè)的發(fā)展，如冶煉、金屬制備、設備制造等產業(yè)，直接經濟效益超過500億元。
(2)增加火電廠總負荷系數，提高電廠經濟性和減少溫室氣體排放：利用儲能電站可將燃煤機組的總負荷系統(tǒng)及電網利用系統(tǒng)都提高到80%，則可減少2.1 億千瓦的火電裝機建設和25%電網容量建設，相當于減少投資1.05萬億元，同時每年節(jié)約3000萬噸標準煤及近1億噸二氧化碳的排放。
(3)降低風能和太陽等的棄風率，解決風能和太陽能的大規(guī)模接入問題，到2015 年和2020年，分別相當于每年節(jié)約3000萬噸和8000萬噸標準煤。
附件：圖片
4 石墨烯燃料電池關鍵材料
所處階段： 小試
成果來源：等離子體物理研究所
必要性及需求分析
目前全球的石油儲量約有1345億噸，而現在全世界燃油的消耗每年達30億噸以上。顯而易見，全球的石油資源再有40年左右就會枯竭。而作為貧油國家，我國的石油僅有23的開采儲量。進口依存度由1995年的6.5%已上升至2008年的52%!直接影響著我國的可持續(xù)發(fā)展。統(tǒng)計資料表明，全球約三分之一的能源用于交通，所以尋找新能源在交通中的應用迫在眉睫。
近年來，直接甲醇燃料電池由于其工作溫度低、燃料來源廣泛、低污染、高能量密度、成本低廉等特點，成為人類解決能源危機的有效途徑之一，近年來越來越受到人們的關注。作為燃料電池陽極的催化劑，要求貴金屬鉑以良好的形貌和大小分布于載體上并與載體結合牢固。為達到以上效果，需從兩方面著手：一方面要有良好的 Pt的負載均勻程度和合適的金屬粒徑大小;另一方面，載體需有大的比表面積，以提高貴金屬的負載率，并且要有良好的導電性，以提供電子傳輸的通道，還要有穩(wěn)定的特性，以防止在酸性環(huán)境中被腐蝕。石墨烯具有良好的物理、電學性能，是負載鉑催化劑的理想載體。
目標及主要任務
(1)目標
探索應用新方法制備質量和數量都較高的石墨烯，并應用等離子體法對石墨烯表面進行修飾，制備適合燃料電池電極的載體。檢測電極特性，使其電化學特性幾倍于當前商用載體或電極材料。石墨烯制備的新方法有以下特點：
原料來源廣且價格便宜：以石墨為原料
產品質量和數量較高：以等離子體方法制備石墨烯得到較高的質量和數量
對環(huán)境無污染
(2)主要任務
探索應用等離子體法制備石墨烯的新方法
以石墨烯為電極材料組裝電池，使其特性幾倍于當前商用電池
現有工作基礎
(1)應用等離子體法還原氧化石墨烯
經過多年的探索，已經成功應用等離子體方法還原氧化石墨烯制備適合于燃料電池電極載體的石墨烯材料，其方法簡單易行且對環(huán)境沒有污染。
(2)等離子體技術制備鉑納米復合物
利用Ar射頻輝光等離子體對負載了Pt前驅物離子的石墨烯載體進行還原，制備了高效的催化劑，對其進行表征，并用于甲醇催化氧化的研究。
(3)等離子體技術制備摻雜石墨烯鉑及其甲醇電催化性能研究
利用NH3及H2射頻輝光等離子體對氧化石墨烯進行摻雜，制備成兩種載體摻雜 H石墨烯(GH)和摻雜氮石墨烯(GHA)，然后將上述所得等離子體技術制備石墨烯鉑納米復合物及其在直接甲醇燃料電池中的應用得載體與氯鉑酸混合，采用氫氣等離子體對混合物進行一步還原從而制備摻雜氫石墨烯鉑納米復合物(Pt/GH)和摻雜氮石墨烯鉑納米復合物(Pt/GHA)。并用于甲醇催化氧化的研究。
預期經濟和社會效益
我國的電動車行業(yè)正處在迅猛發(fā)展中，將燃料電池用于電動車性能的提升，環(huán)保，節(jié)約能源，具有良好的經濟效益和社會效益。
實施方式(模式)
應用與基礎并進，通過基礎研究為應用提供理論支撐，與企業(yè)聯合開發(fā)等方式。
原標題：最新儲能科技成果公示
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