中国科学院院士赵天寿：实现碳中和目标需要规模化的长时储能技术-北极星储能网

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实现碳中和目标需要规模化的长时储能技术。流体电池这种易规模化，长时，安全，无地理限制，特别适合于大规模储能。

——中国科学院院士、南方科技大学碳中和能源研究院院长、讲席教授赵天寿

11月18日，第十四届中国（无锡）国际新能源大会暨展览会分论坛2022动力电池产业生态圈会议暨企业家峰会在江苏无锡成功召开。会上，中国科学院院士、南方科技大学碳中和能源研究院院长、讲席教授赵天寿带来《新型流体电池储能原理与技术》的主题演讲。

赵天寿教授主要分享三个方面，第一，实现碳中和目标需要规模化、长时储能技术。第二，流体电池具有易规模化、长时、安全、无地理限制的优势，适合于大规模化储能。第三，热物理与电化学交叉研究是实现流体电池技术突破的关键。

我国承诺碳排放将在2030年达到峰值，并争取在2060年实现碳中和，然而实现双碳目标要求化石能源从目前的84%缩小为10%，而太阳能和风能占比从现在的4%要提升到60%，这意味着能源革命性地转型，风光从4%提升到60%，挑战巨大。

过去十几年来，光伏和风机的成本降低了十几倍，但风电和光伏占比仍然很小，只有4%，截止去年年底，我国内地光伏和风机的装机容量达到15%，可实际上网电量只有4%。装机用量和实际上网电量的差别造成了巨大的经济损失。限制风电和光电上网发电的原因就在于光伏和风电具有间歇性，不稳定性，并网比例非常有限。

那么，应对光伏风电的间歇性和不稳定性，储能是最有效的方式，储能平移能量的波动，实现能量平滑稳定地付出，提高其实际利用水平，因此储能是以新能源为主的新型能源系统的关键环节。

实现碳中和首先要求储能装备具有易规模化、长时的特点，储能装置不应该有地域和地理的限制，储能要安全，运行要平稳，成本要低，寿命要长。目前，化石能源为主导的能源系统中，化石能源加上短时储能就能够实现能量的供需匹配。但在可再生能源为主导的新型电力系统中，供需匹配需要长时储能来实现。太阳能和风能为主导的新能源结构需要长时规模化的储能技术。

燃料本质上是一种易搬运的能量载体，把能源存储在燃料中可随时随地提供能量，实现长时储能，这种燃料储能就是把能源通过能量转化存储在能量载体中，其过程需要储能装置以及释能装置。以氢气储能为例，就是把光能转化为电能再转化为氢气，这里需要电解池来储能，燃料电池来释能。其中，甲醇是一种液态的能量载体，类似的能量载体还有电解液，固态物质等等。燃料储能的关键装置就是燃料流体电池，流体电池它是以可流动物质为能量载体、能量与功率解耦的电池，比如说电解池，燃料电池、液流电池，金属空气电池等等。

流体电池具有三个关键的部件，包括隔膜，电极和流长板，流体电池具有非常独特的优势，包括易规模化、长时、无地理限制、安全耐久、高效，所以适用于新能源大规模储能。流体电池具有共性问题，其性能的提高和成本的降低，既需要电化学领域支持研究界面电化学界面反应，还需要工程领域知识研究空间能质传递特性，然而过去的研究由于学科界限的壁垒，跨尺度多子传递与电化学反应相互作用的关系很复杂，未能形成反应界面电化学动力学与空间传递相互作用统一的理论，所以我们的目标就是多质传递与电化学耦合的理论，建立流体电池储能新体系。

经过多年的努力，目前已建立能够反应空间、能质传递与电化学反应相互作用的理论框架，从而解决了流体电池的一些关键技术难题。直接乙醇燃料电池，与甲醇相比，乙醇的毒性小，环保，成本低，是燃料电池燃料最理想的燃料。

有了燃料电池，可以形成一个全新的储能系统，包括燃料电池本身，一个充电装置和放电装置，这个放电装置就是燃料电池，使用燃料电池，电通过充电装置、光电和风电充的燃料电池。充好的燃料电池可以稳定长时存储起来，充电装置没有地域和地理的限制，更重要的是充好电的燃料电池方便储运，运送到需要的地方。燃料电池发的电可以并网，可以离网供电，燃料电池能量密度如果进一步提高也可以驱动汽车。

整个系统是接近可移反应，从电到电，能量效率非常高。燃料电池储能技术可以随时随地遍布在大地上的光能和风能变为燃料电池，提供高效新能源电力。

燃料电池储能系统具有非常重要的优势，首先扩大了能量载体的选择范围，突破了材料资源的限制，提高了电解液的利用率，从70%提高到90%，降低整个电池的成本。电流密度也从150提高到400，进一步能降低电堆的成本。燃料电池储能可实现随时随地的存储太阳能和风能，并对外提供能量。

最后，实现碳中和目标我们需要规模化长时储能技术。流体电池这种易规模化、长时、安全、无地理限制，特别适合于大规模储能。特别是热物理与电化学交叉研究是实现流体电池技术突破的关键。

（发言为北极星储能网根据速记整理，未经本人审核）

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