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歐洲電池技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)提出2021-2023年研發(fā)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng)
日期:2020-08-13   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_caimengting 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]
歐洲技術(shù)與創(chuàng)新平臺(tái)“電池歐洲”(Batteries Europe)日前發(fā)布了《歐洲電池行業(yè)短期研發(fā)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng)》報(bào)告,針對(duì)歐洲電池創(chuàng)新價(jià)值鏈提出了短期(2021-2023年)的7大優(yōu)先創(chuàng)新研發(fā)事項(xiàng),旨在通過(guò)加速技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新推動(dòng)完善電池產(chǎn)業(yè)布局,以構(gòu)建一個(gè)具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的歐洲電池產(chǎn)業(yè),助力歐洲氣候中性經(jīng)濟(jì)體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。7大優(yōu)先研發(fā)事項(xiàng)的主要內(nèi)容如下:


一、電池原料可持續(xù)加工和安全供應(yīng)保障

1、鋰

加大對(duì)硬巖鋰礦床礦物學(xué)知識(shí)研究,以更好地認(rèn)知和加工礦物,從而實(shí)現(xiàn)從礦物中高效低成本提取鋰資源。除了強(qiáng)化鋰礦開(kāi)采過(guò)程中副產(chǎn)品采集之外,還需對(duì)礦物加工處理過(guò)程中使用水和能源方式進(jìn)行優(yōu)化,以最大限度地減少尾礦和脈石的產(chǎn)生。確保在鋰加工處理廠和礦場(chǎng)附近有隨時(shí)可以投入使用的可再生能源。鑒于歐洲擁有豐富的尚未利用的鋰礦資源,因此應(yīng)該將鋰礦的開(kāi)發(fā)加工處理作為優(yōu)先事項(xiàng)。

2、鎳和鈷

開(kāi)發(fā)工藝更加高效、成本更低廉的從低品位礦石中提取鎳和鈷金屬元素新技術(shù),確保提取的金屬元素純度符合電池應(yīng)用的需求,從而保障歐洲鋰電池金屬元素供應(yīng)安全。

3、石墨

由于歐洲大陸天然石墨資源有限,因此需要發(fā)展高品質(zhì)的合成石墨技術(shù),進(jìn)而替代天然石墨,為歐洲電池產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供最佳解決方案。

二、開(kāi)發(fā)新材料增強(qiáng)儲(chǔ)能電池性能

1、用于電動(dòng)汽車領(lǐng)域的3B[1]型鋰電池開(kāi)發(fā)

歐洲開(kāi)發(fā)高電壓高容量的3B型固態(tài)鋰電池(高電壓、高容量的固態(tài)鋰電池)必須要解決一系列相關(guān)挑戰(zhàn),包括:開(kāi)發(fā)高壓正極材料的同時(shí),避免或減少高價(jià)元素(例如鈷)的使用量;另一方面,依靠先進(jìn)材料的開(kāi)發(fā),包括正極、負(fù)極、粘合劑、隔膜、電解液、集流體和封裝材料,將現(xiàn)有動(dòng)力鋰電池性能提升到接近理論極限水平。

2、用于電動(dòng)汽車領(lǐng)域的4A和4B型固態(tài)鋰電池開(kāi)發(fā)

針對(duì)4A型電池(基于傳統(tǒng)材料的固態(tài)鋰電池)重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容包括:研制低直流電阻材料,減小負(fù)極厚度,開(kāi)發(fā)出高離子電導(dǎo)率的低厚度固體電解質(zhì),制備出新的固體電解質(zhì)中間層,優(yōu)化電極/固態(tài)電解質(zhì)接觸界面以提升電荷遷移速率、電化學(xué)穩(wěn)定性。開(kāi)發(fā)4B型鋰電池(基于鋰金屬全固態(tài)電池),以進(jìn)一步提高電池的能量密度和安全性,使之超越現(xiàn)有電動(dòng)汽車電池性能水平。

3、用于固定式儲(chǔ)能領(lǐng)域的鈉離子電池開(kāi)發(fā)

歐洲將重點(diǎn)發(fā)展基于鈉離子電池的固定式儲(chǔ)能技術(shù),從該電池正極、負(fù)極和電解質(zhì)等材料的合成和表征到相關(guān)材料組裝集成,再到完整的軟包式鈉離子電池開(kāi)展全方位的研究,目標(biāo)是開(kāi)發(fā)出比現(xiàn)有商用的固定式儲(chǔ)能電池性能更好、但成本更低的鈉離子電池。

4、用于固定式儲(chǔ)能領(lǐng)域的液流電池開(kāi)發(fā)

重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容包括:開(kāi)發(fā)材料(如氧化還原電對(duì)、電解質(zhì)等)和新電池架構(gòu),并驗(yàn)證基于新材料新架構(gòu)的新型氧化還原液流電池性能和經(jīng)濟(jì)性,以確保在獲得更高的能量密度、功率密度和壽命情況下,具備更低廉的價(jià)格和良好的環(huán)保性。

三、將歐洲打造成全球電池制造業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者

1、具有環(huán)境效益和成本效益的電極和電池單元組件制造

重點(diǎn)研究方向包括:具有環(huán)境效益的電極和電池單元組件制造技術(shù),如完全不使用有機(jī)溶劑作為漿料分散介質(zhì)的電極涂布技術(shù)、先進(jìn)的高固含量涂層、完全干法涂層技術(shù)等,以降低生產(chǎn)成本,提升電池性能和使用壽命。

2、電極和電池智能生產(chǎn)設(shè)備

重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容包括:將智能質(zhì)量控制系統(tǒng)集成到生產(chǎn)設(shè)備、電池性能退化機(jī)制模型開(kāi)發(fā)、大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的性能測(cè)試工具開(kāi)發(fā)、電池生產(chǎn)過(guò)程的虛擬模擬技術(shù)等。

3、集成數(shù)字孿生技術(shù)的電池制造生產(chǎn)線

重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容包括:開(kāi)發(fā)靈活的制造流程和高精度建模工具,以優(yōu)化工藝、條件和機(jī)器參數(shù);在電池制造過(guò)程中開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證多重物理量和多尺度模型,能夠更加準(zhǔn)確了解制造過(guò)程的每個(gè)步驟;開(kāi)發(fā)基于物理建模和AI技術(shù)的電池?cái)?shù)字化模型,將電池設(shè)計(jì)和制造設(shè)計(jì)集成在一起。

4、電池制造工廠價(jià)值鏈整合

歐洲需要全面整合電池工廠價(jià)值鏈,即構(gòu)建一個(gè)深度協(xié)同合作網(wǎng)絡(luò),將歐洲地區(qū)工業(yè)規(guī)模的電池制造商、電池加工設(shè)備公司、原材料和其他相關(guān)工業(yè)部門進(jìn)行全面整合,打造歐洲本土化的電池制造業(yè),以抗衡亞洲電池制造商。

四、交通動(dòng)力電池儲(chǔ)能技術(shù)

1、電池模塊和電池組的設(shè)計(jì)和制造

歐洲需要重新定義一種電池模塊和電池組創(chuàng)新設(shè)計(jì)以及相關(guān)的制造工藝,以減少開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本并提高性能,同時(shí)還要考慮其環(huán)境可持續(xù)性,如可回收性和碳足跡。

2、電池?zé)峁芾砑夹g(shù)

由于過(guò)高或過(guò)低的溫度都將直接影響動(dòng)力電池的使用壽命和性能,并有可能導(dǎo)致電池系統(tǒng)的安全問(wèn)題,為此歐洲必須發(fā)展先進(jìn)的電池?zé)峁芾砑夹g(shù),提高電池系統(tǒng)的效率、可靠性、使用壽命和安全性。

3、發(fā)展先進(jìn)的電池管理技術(shù)優(yōu)化電池利用率

歐洲需要開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的電池管理技術(shù)提升電池利用率,重點(diǎn)研究任務(wù)是開(kāi)發(fā)基于知識(shí)和數(shù)據(jù)的電池管理系統(tǒng),以降低電池系統(tǒng)的總成本,確保在所有操作模式下能夠安全高效的使用。

4、開(kāi)發(fā)用于電池模塊和電池組開(kāi)發(fā)、制造和電池管理的數(shù)字孿生技術(shù)

歐洲需要在電池的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中引入數(shù)字孿生技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)電池開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造全流程的高精度模擬,加快研發(fā)過(guò)程,并提高電池模塊和電池組的性能,降低成本。

5、電池安全性、性能、可靠性和使用壽命的評(píng)估方法和工具

歐洲需要應(yīng)用各種技術(shù),如物理特征表征技術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試或這些技術(shù)的組合,來(lái)開(kāi)發(fā)新的評(píng)估方法和工具,大幅降低電池評(píng)估的成本(至少降低20%-30%)和所需時(shí)間(至少減少20%-0%)。

五、支持固定式儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車用儲(chǔ)能設(shè)施部署

1、固定式電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性

歐洲需要加強(qiáng)電池制造、應(yīng)用和防護(hù)等環(huán)節(jié)的電力儲(chǔ)能系統(tǒng)安全性研究:一是電池生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的安全,包括電池材料和生產(chǎn)工藝控制;二是電池應(yīng)用環(huán)節(jié)的安全,包括預(yù)警、防護(hù)和消防等。三是配套設(shè)施的安全設(shè)計(jì),包括電站隔熱和導(dǎo)熱設(shè)計(jì)等方面。

2、開(kāi)放式電池管理系統(tǒng)

歐洲需要開(kāi)發(fā)電池管理系統(tǒng)對(duì)電池及其單元進(jìn)行智能化管理,防止電池出現(xiàn)過(guò)充電和過(guò)放電,延長(zhǎng)電池的使用壽命,監(jiān)控電池的健康狀態(tài)。此外,確保電池管理系統(tǒng)的開(kāi)放性,即第三方必須有權(quán)訪問(wèn)所有必要的電池系統(tǒng)信息、電池狀態(tài)、操作模式和互操作性條件;從而實(shí)現(xiàn)利用上述信息來(lái)開(kāi)發(fā)延長(zhǎng)電池壽命的解決方案,并演示診斷和預(yù)測(cè)電池系統(tǒng)壽命健康狀態(tài)的方法。

3、固定式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的互操作性

互操作性和多服務(wù)模式運(yùn)行是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)于其他競(jìng)爭(zhēng)性儲(chǔ)能技術(shù)的關(guān)鍵支柱,這對(duì)靈活使用電動(dòng)汽車也很重要(電動(dòng)汽車既可以作為用電終端,也可以作為供電設(shè)備)。歐洲需要將互操作性與合適的電池運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)模型和技術(shù)解決方案相結(jié)合,成為電力儲(chǔ)能系統(tǒng)、混合儲(chǔ)能系統(tǒng)和電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)的一部分,以實(shí)現(xiàn)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在上述不同應(yīng)用場(chǎng)景下服務(wù)模式的靈活切換。

4、長(zhǎng)時(shí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)

依據(jù)《綠色協(xié)議》,歐洲到2050年要實(shí)現(xiàn)零排放能源系統(tǒng)目標(biāo),波動(dòng)性太陽(yáng)能和風(fēng)能在歐洲能源結(jié)構(gòu)中占比將顯著增加,使得高比例集成低碳能源資源的電網(wǎng)穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn),為此歐洲亟需開(kāi)發(fā)長(zhǎng)時(shí)(儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)10個(gè)小時(shí)以上)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)解決。

5、儲(chǔ)能與直流微電網(wǎng)

直流微電網(wǎng)中直流微電源輸出不穩(wěn)定會(huì)造成網(wǎng)內(nèi)功率不平衡及直流母線電壓大范圍波動(dòng)問(wèn)題,可以通過(guò)部署配套的儲(chǔ)能系統(tǒng)給予解決。歐洲需要開(kāi)展基于儲(chǔ)能的直流微電網(wǎng)能量管理和電壓控制研究、直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)自動(dòng)充放電改進(jìn)控制策略研究等。

6、用于固定式儲(chǔ)能的退役電動(dòng)汽車電池的建模和標(biāo)準(zhǔn)化研究

到2025年,歐洲預(yù)計(jì)會(huì)有29 GWh電動(dòng)汽車退役電池能夠用于二次回收利用,其中三分之一(10 GWh)可以應(yīng)用到固定儲(chǔ)能領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)電池壽命的延長(zhǎng)和碳足跡的縮減。歐洲必須開(kāi)展用于固定式儲(chǔ)能的退役電動(dòng)汽車電池的建模和標(biāo)準(zhǔn)化研究,重點(diǎn)在電池壽命評(píng)估方法、電池翻新修復(fù)和電池管理方面開(kāi)展研究。

六、電池回收

1、電池材料回收

未來(lái)10年,歐洲大量的儲(chǔ)能電池使用壽命到期需要報(bào)廢處理,歐洲需要在整個(gè)歐盟范圍內(nèi)開(kāi)發(fā)一套統(tǒng)一的廢舊電池回收處理系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)。開(kāi)發(fā)更環(huán)保的電池回收處理工藝,以盡量減少能源、水的消耗,以提升有價(jià)值化學(xué)材料回收率,并盡量減少接觸有害物質(zhì)的幾率。

2、電池收集、逆向物流、拆解和分類

歐洲需要對(duì)電池進(jìn)行系統(tǒng)分類標(biāo)簽,以實(shí)現(xiàn)高效的回收流程;需對(duì)回收工廠進(jìn)行改造以處理大量的廢電池,并且需要建立從分揀、拆卸到回收的高度自動(dòng)化過(guò)程;發(fā)展現(xiàn)代低碳足跡物流。

七、培育新興電池技術(shù)

1、多價(jià)離子電池

未來(lái)社會(huì)對(duì)電池能量密度、比容量的要求越來(lái)越高,歐洲需要對(duì)新一代高能量密度的多價(jià)離子電池進(jìn)行研究布局,以維持電池技術(shù)全球領(lǐng)先地位和為搶占未來(lái)的市場(chǎng)積累技術(shù)儲(chǔ)備。

2、新型液流電池

歐洲需要開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)性更加優(yōu)越的新型液流電池技術(shù),重點(diǎn)圍繞新型液流電池技術(shù)開(kāi)展建模、可持續(xù)電化學(xué)和電池設(shè)計(jì)、電化學(xué)模型設(shè)計(jì)以進(jìn)行電池材料和性能的仿真,并輔以實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從而能夠以更快、更經(jīng)濟(jì)的方式發(fā)現(xiàn)最有應(yīng)用潛力的氧化還原電對(duì),進(jìn)而更快地開(kāi)發(fā)出更高能量密度、更低價(jià)格、更環(huán)保和更安全的新型液流電池。

3、水系電解質(zhì)電池

相比于有機(jī)電解液,水系電解液具有無(wú)毒無(wú)害、不可燃、成本低和對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)水系電解液的離子電導(dǎo)率要比有機(jī)電解液高,極大改善鋰離子電池的倍率和快充性能。歐洲需要大力開(kāi)展低成本、安全先進(jìn)的水系電解質(zhì)電池研究。

4、新興的電池界面研究技術(shù)

電池界面(固-固、固-液界面等)電化學(xué)過(guò)程對(duì)電池的各方面性能均會(huì)產(chǎn)生重要的影響,為此需要對(duì)電池界面的電化學(xué)過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)研究。歐洲需要研究開(kāi)發(fā)電池界面電化學(xué)過(guò)程的原位無(wú)損表征技術(shù),開(kāi)展計(jì)算機(jī)建模以模擬界面的電化學(xué)過(guò)程,更好地理解電池電化學(xué)反應(yīng)和性能降解衰退的工作機(jī)制。

5、探索新型負(fù)極材料

新興負(fù)極材料的研發(fā)成為提升鋰電池能量密度的重要方向。歐洲需要開(kāi)展新型負(fù)極材料研發(fā),但不能采用傳統(tǒng)的基于人工試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)方法,應(yīng)該利用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)高通量的實(shí)驗(yàn)?zāi)M平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的快速解析從而大幅提升新材料的甄別和篩選速率,加快研發(fā)進(jìn)程。

[1] 歐盟電池技術(shù)的劃分詳見(jiàn)戰(zhàn)略能源技術(shù)計(jì)劃(SET-PLAN)10大研究創(chuàng)新行動(dòng)的第7個(gè)行動(dòng)計(jì)劃內(nèi)容,即“交通電氣化和固定儲(chǔ)能”章節(jié)內(nèi)容,內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)鏈接為https://setis.ec.europa.eu/sites/default/files/set_plan_batteries_implementation_plan.pdf. 

原標(biāo)題:歐洲電池技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)提出2021-2023年研發(fā)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng)
 
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