【所属领域】

新能源、新材料

【成果介绍】

储能技术是解决大规模可再生能源高效入网，实现碳达峰、碳中和战略目标的重要途径。本成果新型液态金属电池采用液态金属和无机熔盐作为电极和电解质，具有寿命长、响应快、成本低、安全可靠等优势，是规模储能应用领域的理想选择。电池设计与工作原理为：电池正负极均为金属，电解质为无机盐，运行时正负极金属和无机盐电解质均为熔融态，液态金属与无机熔盐互不混溶，且由于密度差自动分为三层。在设计电极和电解质材料时，上层负极液态金属密度最小，下层正极液态金属密度最大，中间熔盐电解质层密度居中，熔盐电解质兼作正负极间隔离层。

图1 液态金属电池示意图(a)放电(b)充电

基于该设计原理，团队先后开发了环境友好的锂-锑-锡体系，电成本低廉的锂-锑体系，高电压、高比能的锂-碲-锡体系以及资源丰富可持续的钠基液态金属电池等新体系；攻克了大容量液态金属电池构建的关键技术，实现了500 Ah级大容量液态金属电池单体；解决了大容量电池界面的稳定性难题，实现大容量电池的长效服役；突破了电池成组与高效管理技术，实现了液态金属电池堆的示范验证。

图2  液态金属电池单体照片

【技术优势】

本成果液态金属电池储能技术在面向大规模的电网储能，中长时间尺度（若干小时及以上）的出力平滑、可再生能源入网、调峰及分布式系统能量管理等应用场景中具有明显的优势，具体体现在：

（1）全液态结构避免了传统固态电极材料结构稳定性导致的寿命限制问题，电池服役寿命长（循环寿命20年/15000次以上）。

（2）电池采用不可燃的熔融无机盐作为电解质，安全性高；液-液界面反应速率快、自修复能力强，电池可靠性高。

（3）全液态电极/电解质可以实现自装配，电池结构简单，易放大生产；电池材料来源广泛，无需成本较高的电池隔膜，生产和材料成本较低，可以满足大规模储能的低成本要求（预期度电使用成本低于0.2元/kWh）。

【市场前景】

本成果液态金属电池储能技术可应用于规模电力储能领域。《储能产业研究白皮书2021》预测，20221-2025年电化学储能规模将以57.4%的复合增长率增长，到2025年累积投运规模有望达到35.53GW（保守场景），最高可达55.9GW（理想场景）。按液态金属电池占据10%储能市场计，其年产值将超过70亿元人民币。

【知识产权】

本成果申请了多项中国发明专利，下表是部分展示：

【合作方式】

技术许可、技术转让、作价入股、技术开发、技术咨询、面谈等。

【专家介绍】

蒋凯，华中科技大学电气与电子工程学院教授、博士生导师，国家重大人才计划入选者，英国皇家化学会会士，湖北省特聘专家。1999年和2006年先后于武汉大学化学系获得学士和博士学位，2007至2012年先后在美国奥本大学、麻省理工学院从事博士后研究。长期从事新能源材料和新型储能技术研究，主持国家重点研发计划重大项目、基金委重点项目等，在Nature，Energ. Environ. Sci., Angew. Chem.Int. Ed.等国际权威学术期刊发表高水平学术论文100余篇，申请/授权发明专利50余项。现为中国化工学会储能工程专业委员会副主任、中国电工技术学会电工理论与新技术委员会副主任、IEEE PES中国区电动汽车技术委员会动力电池技术分委会副主席、中国电机工程学会储能专业委员会委员、中国金属学会熔盐化学与技术分会委员和中国有色金属学会熔盐化学与技术专业委员会委员等。

【联系方式】

成果编号：CG22015