欢迎浏览中国储能网
您的位置: 首页  > 首屏 > 深度观察  返回

欧洲电池联盟短期研究和优先创新的七大事项

作者:李鸢儿 来源:储能100人 发布时间:2020-07-11 浏览:
分享到:

由于欧洲计划自给自足并为电动汽车生产电池以减少对亚洲电池制造商的依赖,2017年10月,欧盟委员会副主席Maroš Šefčovič创建了欧洲电池联盟,并对电池研究提供政府援助,以便在促进绿色和数字转型的同时,加强欧洲在关键工业生态系统领域的战略自主权。

7月3日,欧洲电池联盟对外公布了欧洲电池价值链的短期研究和创新优先事项。这份200页的文件,是欧洲著名的电池专家共同努力的结果,先后引入了557名电池技术专家,这些专家全部来自欧洲的产业界和研究机构。

此次公布的短期研究和创新优先事项的范围涵盖了电池原材料的可持续加工,电池材料的分类和回收的先进方法,用于电动汽车的下一代电池,以及用于固定式储能的先进材料等。

以下为“储能100人”独家翻译的译文,仅供参考。

一、简介和背景

近年来,欧洲已成为对抗全球变暖的领导者。为实现低碳目标,欧洲联盟为减少温室气体排放制定了重要指标。在实现这些目标的同时,还采取了非常具体的行动,例如可再生能源、智能能源系统和电动汽车发展的研究和创新方案。

鉴于《欧洲绿色协议》所体现的雄心,以及推动研究和创新的迫切需求,这些行动就显得尤为重要,能够在新冠疫情影响下大力支持具有竞争优势的欧洲产业。电池在欧盟实现2030年和2050年的低碳目标方面发挥着关键作用。它们与欧盟最近的主要倡议直接相关,包括通过电气化运输实现能源部门一体化,合理的能源过渡,欧盟岛屿清洁能源倡议,增强消费者权能和“革新浪潮”(使建筑更智能)。

作为全球策略的一部分,欧盟委员会已认识到发展欧洲电池行业的绝对必要性,以整合可再生能源,并创造出一种适合运输系统低碳目标且具有竞争力的技术。它还承认扶持整个价值链以减少对欧洲的依赖和确保供应安全的战略重要性。事实上,作为日常社会运作中的关键技术,电池广泛应用于便携式消费电子产品、电动工具和医疗设备,以及物联网(IoT)设备、电迁移率和固定式储能。

因此,欧盟委员会副主席Maroš Šefčovič于2017年10月创建了欧洲电池联盟。欧盟委员会认识到,有必要将研究、学术界和工业界的利益攸关方聚集在一起,讨论和规划整个电池价值链在研究和创新(短期、中期和长期)方面的战略需求。

因此,欧洲电池联盟的欧洲创新和技术平台于2019年6月启动,作为一个开放平台,欢迎高水平产业和学术专家参与。旨在加速建立具有全球竞争力的欧洲电池产业,带动战略能源技术计划和《战略运输研发与创新议程》的电池相关研究与创新行动的实施。

该平台旨在创建《欧洲战略研发创新议程》以及涵盖电池价值链所有部分的相应研究蓝图,并创建一个论坛,讨论跨领域的主题,如教育和技能、可持续性以及安全和数字化在电池技术中的作用。此外,欧洲电池联盟组建了一个国家和区域协调小组,该小组为成员国和相关国家提供了一个交流与合作论坛,减少了重复性的研究工作,并加强了协作。

二、研究创新主题开发

最近,欧洲电池联盟确定了整个电池价值链的短期研究创新优先事项。该文件提供了关键主题的简要概述,是贯穿整个价值链的长期和全面的利益相关者协商过程的结果,以便为决策者和供资当局确定短期研究创新战略指导。

欧洲电池联盟专题工作组为本文件作出巨大贡献,这些工作组由来自行业、研究和协会的代表电池生态系统的专家组成,为制定综合研究和创新蓝图提供了愿景和指导。专家们分为六个工作组,分别代表电池价值链中具有战略重要性的六个部分:

•工作组1-新兴技术

•工作组2-原材料以及回收

•工作组3-先进材料

•工作组4-电池设计和制造

•工作组5-应用和集成:电动交通

•工作组6-应用和集成:固定式储能

2019年11月,各专题工作组应要求开始编写他们认为最重要的研究和创新主题的说明和优先次序。工作组主席和联合主席推动了这一自下而上的进程,在这一进程中,工作组所有专家在一系列面对面的会议上都有可能作出贡献并提出自己的想法。随后是合并,在某些情况下,将重叠的主题合并。在达成一致意见后,每个小组贡献了3到6个主要研究主题,这些主题考虑到了具体的挑战、范围、预期影响和关键绩效指标。一些工作组还提出了一些其他主题,它们认为这些专题很重要,即使没有列为优先。

该文件涵盖了在欧洲工作的557名电池技术专家的累积工作成果。共详细阐述了30个跨越电池价值链的研究创新主题。所有这些主题都是最优先和必要的,有助于构建具有竞争力的知识库,发展知识产权以及欧洲发展和扩大市场过程中所需的受过良好教育的劳动力。

该文件将为Horizon Europe下一个研究计划的讨论提供基础,该计划将与业界合作进行。由于预算限制,专门涉及电池技术的工作计划并没有涵盖所有主题。如果这些主题在Horizon Europe特定的电池保障系统中没有涉及,其将被提议给其他资助机构,如国家和双边计划。一些主题可能适用于Horizon Europe资助机构的其他领域,如欧洲研究理事会或欧洲创新理事会。通过欧洲区域发展基金,以及在复苏计划下创建的新的资金工具,也有很多实施研究创新项目的可能性:“修复,为下一代做准备”。

最后,有关电池研究的大量研究创新资金将由欧洲共同利益重要项目提供。

本报告简要概述了整个研究创新文件中列出的主要主题,这些主题可分为七大方面。

1.从可持续采购到确保原材料供应

欧洲在安全经济地获得电池所需的关键原材料方面正面临着越来越大的挑战。

目前,欧洲的电池原料提取和加工水平很低。对于锂而言,欧洲确实存在硬岩矿项目,目前计划总容量相当于2027年全球预计需求的10%左右。就电池用钴和镍而言,在欧洲,一家芬兰矿在未来几年内的矿山生产量预计为1,900吨和56,000吨。欧洲是初生硅生产大国,同时也生产天然和合成石墨,但其产量不能满足巨大的需求量。

有必要利用未开发的欧洲矿藏、提高回收产品的产量和纯度、减少加工步骤和尾矿体积,而这些需要进行大量的研究工作才能实现。与此同时,必须大幅减少能源消耗和原材料加工的二氧化碳排放,以实现电池材料的可持续生产和加工。

为了应对这些挑战,欧洲电池联盟将电池原材料可持续加工列为优先事项。其目的是开发电池原料的提取和加工技术。尤其(但不完全)针对锂、镍、钴和石墨这几种目标原料。由于欧洲已经存在多种电池原材料方面的设备工艺,优化和整合加工方案的需求日益增加以向欧洲电池制造商供应可持续原材料。

锂:应从硬岩锂矿床矿物学角度进行研究创新,以预知如何更好地理解和处理矿物组合。除了副产品采集之外,还需要使用水和能源有意识加工的方法,最大限度地减少尾矿和脉石的产生。在锂加工机组和(或)矿场附近提供可随时投入使用的可再生能源非常重要。因欧洲有一些自己的尚未利用的资源,应优先加工锂矿产。

镍和钴:目前,需要从级别低但挑战性高的物质流中回收镍和钴,但对这些物质流进行加工处理并不划算。开发针对这些高要求物质流的新技术可有效拓宽欧洲的金属利用基础。产品纯度将得到提高,以满足电池应用需求。石墨:鉴于该地区天然石墨的供应有限,一旦攻克关键挑战,合成石墨将是欧洲可持续生产的最佳替代品。

首先,必须改进基于石油焦的现有工艺流程以提高电池级材料的产量和性能,同时降低能源强度(以及此类特定CO2排放)和环境污染物排放。

其次,应开发回收的阳极材料的利用、欧盟可用的碳选项(如欧盟可用天然石墨质量)以及作为合成石墨原料的阳极材料副产品。作为一种长期选择,应开发替代石油焦的生物碳,以确保长期可持续供应。

2.探索先进材料在移动型和定置型应用中提高储能性能的潜能

为减少温室气体(GHG)的排放及其对气候的负面影响,脱碳是当今社会的一项重要任务。在整个欧洲,交通运输产生的二氧化碳排放总量几乎占欧洲的25%。为了减少交通运输产生的温室气体,必须增加电动汽车(EV)的市场份额。锂离子电池(LIBs)是实现电迁移的关键技术,在欧洲建立一个具有竞争力的电池价值链是当务之急。

移动型交通工具专用3B代锂离子电池

为了实现电动汽车,尤其是纯电池电动汽车(BEV)的高度市场扩散,增加行驶里程、延长循环寿命同时缩短充电时间是最为重要的,同样重要的还有致力于降低生产成本同时改善电池组件可持续性并因此分别改善电池组和材料的可持续性的开发。

为此,欧洲将需要投资和开展针对移动型交通工具的先进锂离子电池的研究,如高电压高容量的3B代固态锂电池以及采用常规材料但也基于锂金属的阳极电池(4A代和4B代)。因此,用于高电压移动型交通工具的3B代锂离子电池课题解决了这些挑战,其目的是达到更高的能量密度、开发高电压(HV)正极材料同时避免或显著减少诸如钴的关键和/或高成本元素的含量。

另一方面,用于高电移动型交通工具的3B代锂离子电池课题具有将当前用于电动汽车的锂离子电池的能量密度和产能提高到接近其基本极限的施展余地。要实现如此显著的性能提升,必须开发包括阴极、阳极、粘结剂、隔板、电解液、集流剂和包装材料在内的先进材料,使新型锂离子电池成为可能,重点是3B代高容量锂离子电池。

移动型交通工具专用4A代及4B代锂离子电池

随着市场上插电式混合动力汽车和电动汽车越来越多,电动汽车的推广已经成为现实。这是锂离子电池成功发展的结果,而因电池电压和快速充电率的提高趋势,液体电解质出现了安全问题,这就要求以具有更好的内在热稳定性和电化学稳定性的固态电解质取代易燃电解质。

其最大挑战是实现固态电池快速充电,提高功率密度而不降低循环性、能量密度以及已被提升的安全性。这将意味着通过传统化学物质设计出符合固态概念的新材料。移动型交通工具专用4A代锂离子电池(传统材料固态)课题旨在优化固态蓄电池组和其组件,开发低直流电阻(DCR)活性材料,降低阳极厚度,开发具有高离子电导率的薄固体电解质,制造新型固体电解质夹层,改进界面设计以确保高效的电荷转移和电化学稳定性,以及提高电池机械稳定性。

考虑到全球竞争,对更高技术的追逐也意味着需要更好的动力电池技术作为关键的使能技术,由此改进的锂离子电池预计在未来几十年仍将是主要的选择。欧洲必须从如今由非欧洲国家主导的市场上恢复其竞争力。这一点可以通过开发一种新的由欧洲拥有的电池技术实现。移动型交通工具专用4B代锂离子(具有锂金属基阳极的固态)电池课题解决了新材料和/或化学品的开发,提高了电池的能量密度和安全性,使之超越汽车电池的先进水平。开发新技术,使锂金属具有界面控制系统。

钠离子(Na-ion)固定式蓄电池组

近几十年来,随着现代社会对能源需求的不断增加和各种可再生能源在电力生产中所占份额的不断提高,固定式储能已经成为全球日益关注的问题。电池储能系统的使用在提供电网支持、本地负荷调峰和优化本地可再生能源开发方面受到越来越多的关注。

如前所述,锂离子电池已经征服了便携式电子市场,并且,目前是电动汽车供能的主要备选。然而,就家用和电网应用而言,高成本、稀缺性以及对高温极端敏感、过度充电等技术制约是其主要缺点。这便为其他电化学储能解决方案制造了机会。

在对不同技术方案进行深入评估之后,欧洲电池联盟将发展家用钠离子(Na-ion)固定式蓄电池组定为战略课题。下一代钠离子电池的发展提供了一个多学科/跨学科的方法,该方法需要考虑到从材料(阴极、阳极、电解质)的合成和表征到将其集成到新型钠离子袋电池中的诸多措施。我们的目标是开发出一种比目前商用电池性能更高、成本更低的电池,达到工业化前的袋状电池原型水平,以供国内应用。所开发的系统应免于维护,并且对环境友好。

液流固定式蓄电池组

欧洲需要额外的能源储存,以确保可再生能源的大规模渗透。液流电池(RFB)因其在存储容量和功率之间的可扩展性、响应时间短、良好的循环能力和较长的放电时间而显示出可再生能源管理的潜力。然而,目前使用的氧化还原流电池成本相对较高。因此,通过与各种创新相结合,利用先进的材料来降低成本和提高可持续性成为挑战。应用于公用事业级别的氧化还原液流固定式蓄电池组旨在开发和验证基于新材料(新设计、部件、氧化还原电对和电解质)的新型氧化还原流电池,此类电池具有更高的价格竞争力、环境可持续性、更高的能量/功率密度和更大的耐用性。

3.使欧洲成为电池制造的领导者

电极和电池元件生产的可持续加工

电池开发的一个最关键的方面是电池组件和蓄电池的制造,欧洲需要这一方面的能力和领先世界的知识库。2014年至2019年间,只有一次EU Horizon会议将电池制造作为重点。环境可持续和成本效益高的制造业对于赋予欧洲竞争优势至关重要。其应用于电极和电池元件制造的环境可持续加工技术的议题提出了完全不使用有机溶剂作为浆料分散介质的电极涂布技术。为了降低生产成本,提高电池性能,最终提高效率和更好的循环寿命,将开发先进的高固含量涂层或完全干法涂层技术。

智能电极和电池生产设备

目前以亚洲为全球制造中心的电池市场竞争激烈。然而,随着欧洲准备大规模本土生产,可改变游戏规则的制造设备将是确保可持续性和竞争力的关键。成功开发电池制造设备的重要方面包括最大限度地降低能源消耗、消除空气和水污染,以及减少报废的智能控制过程的集成,从而降低生产过程的成本和环境影响。此外,这种设备必须以非常高的生产率水平运行,同时纳入智能质量控制系统。

为实现这些目标,应努力促进资源高效利用以及改进智能化电极和电池生产设备。该领域的进一步要求是在电池设计开发和优化方面的数字化,包括退化模型和大规模数据驱动测试。蓄电池组生产线沿线的开发、分析和数字孪生的实施因其提供了一面虚拟镜子,可以对生产过程的变化进行虚拟的实时测试从而提高可持续性和降低成本,就此可能改变游戏规则。资源高效利用和智能电极和电池生产设备课题解决了这个问题。

蓄电池组生产线的数字孪生开发

数字化和智能电池设计程序结合大量实验数据的利用,将帮助欧盟在锂离子电池的世界市场上拓展出强有力的地位。为此,需要将重点放在结合数字化数据驱动方法和人工智能方法的设计过程优化上。

为了提高电池制造的竞争力,优化需要设计的资源、优化和生产电池组是非常重要的,为此需要对生产线进行分析。因此,电池制造需要利用高性能的计算工具。数字孪生可以向整个生产流程链和工厂提供一个虚拟镜像,它是信息物理系统(工业4.0)的基础。数字孪生预测工艺链设计和生产效率的工艺参数、成本、CO2排放以及材料结构和电池质量的影响。

这些预测数据用于优化工艺链设计和最佳工艺参数设置,并能够适用生产实时控制的特定要求,回答假设问题和减少制造过程中的试错方法。因此,使用数字孪生将增加竞争力和可持续性,减少过程优化期间的设计、开发和测试时间,从而提高工厂效率。蓄电池组生产线沿线的数字孪生分析与实现这一课题正聚焦于此。

电池制造工厂价值链整合

在私营部门和公共部门的努力推动下,欧洲通过在成员国建立自己的蓄电池组制造能力,逐步强化其电池制造业价值链。然而,在采购工艺设备时,制造商在很大程度上仍然依赖于亚洲供应链。欧洲的机械和设备工程公司提供了创新的工艺设备,但这通常尚未在大规模的生产线上实施。要想取得成功,将欧洲用于电池工艺设备的供应链水平整合到不断增长的大规模蓄电池组生产中是一项重大挑战。

因此,欧洲电池联盟认为有必要缩小(i)工业规模的电池制造和(iia)电池工艺设备公司,(iib)材料和其他工业部门之间的差距,这些部门可能会受益于与电池制造相结合的行业(如电网电力或材料供应商),正如主题中提到的,电池制造工厂价值链的整合——从电池工艺设备的升级和创新,到节能材料和能量流生态系统的整合。更具体地说,该提议的主题提出了一项旨在促进该网络中更深层次协作的协调支持行动(CSA),为欧洲电池价值链的竞争力提供了重要要素。

4.流动化

总体而言,交通运输,尤其是汽车行业,将主导中期蓄电池组需求的增长,正如今天的情况一样。得益于显著的规模经济,这将在降低成本方面发挥关键作用。然而,要满足未来欧洲运输业的技术需求,还面临许多挑战。

电池模块和电池组的设计和制造

欧洲电池联盟将电池模块和电池组的设计和制造视为短期内需要解决的问题。事实上,模块化设计的包装可用于多种移动应用。考虑从生产到维护、修理、拆卸和回收的过程,模块和包装的生态设计也变得越来越重要。

欧洲需要以环境可持续性,模块标准化,低成本维护设计和自动化制造流程为目标,并辅以不同的模拟方法(包括数字孪生)。主题A系统方法:电池模块和电池组的设计和制造旨在定义创新设计(优化机械和电气设计)以及相关的制造工艺,以减少开发时间和成本并提高性能,同时还要考虑可持续性,如可回收性和碳足迹

热管理性能

热管理是未来电气化运输验收的一个重要方面,特别是考虑到快速充电。它为电池系统的安全性和可靠性提供保障,这对于电动汽车的普遍接受和突破也具有决定性作用。欧洲电池联盟提出了“先进热管理性能”这一主题,目的是在降低成本(以及相关体积和/或重量)的同时,改进热管理,并提高电池系统的效率、可靠性、使用寿命和安全性。

先进的电池管理可优化电池利用率

汽车应用中使用的紧凑、高能量密度的蓄电池组、模块和蓄电池非常复杂,如果控制不当,可能会造成危险。为了解决这些问题,开发更先进的电池管理是确保优化电池利用率的一种方法。事实上,安全、实时、基于数据的电池管理将确保优化并安全使用所有操作模式。“优化电池利用率的先进电池管理”这一主题旨在开发基于知识和数据的电池管理系统,以降低电池系统的总成本,确保在所有操作模式下的优化和安全使用,并为“二次生命周期”提供准确分类。

用于开发、制造工艺和电池管理的电池模块和电池组的数字孪生

用于移动应用的电池模块和电池组的开发和生产基于实验知识和大量试验。在开发和生产过程中,为了降低成本、加快开发过程、提高电池模块和电池组的可靠性,有必要使用数字孪生来展示真实的物理产品,并模拟制造工艺和系统设计。

因此,欧洲电池联盟提出了用于开发、制造工艺和电池管理的电池模块和电池组的数字孪生主题。这一主题解决了数字孪生模型的开发和发展,以展示真实的物理产品,并模拟制造工艺和系统设计。这将加快开发进程,并在开发和生产过程中提高电池模块和电池组的可靠性。

电池安全性、性能、可靠性和使用寿命的评估方法和工具

现有的评估电池安全性、性能、可靠性和使用寿命的方法和工具通常既耗时又昂贵(例如,目前仅通过对样品电池进行破坏性/滥用性测试来评估电池安全性)。这些方法在测试样品和测试基础设施方面都很昂贵,而且无法在生产阶段结束时或电池使用寿命后期以高通量方式评估工业电池组。

此外,目前执行的电池级评估通常不够详细,无法预测电池组级的性能、安全性、耐用性和可靠性。因此,评估电池安全性、性能、可靠性和使用寿命的新方法和新工具成为一个重要课题。相关的研究创新应基于各种技术,如特征描述、虚拟和现场测试、模拟或这些技术的组合,来定义新的方法和工具,以便跨行业验证。主要目标应该是大幅降低电池评估的成本(至少20%-30%)和/或持续时间(至少20%-30%),并提高其质量。

5.支持部署固定式储能和整合电动交通

固定式电储能系统的安全要求

扩展电能存储系统的重要先决条件是其在整个价值链中经过验证的安全性。到目前为止,这一问题还未得到充分解决。安全措施存在于从材料层到电池层的不同层次上,也存在于从便携式设备到电动汽车的各种存储应用的应用层次上。然而,对于固定的EES应用,在很大程度上仍然缺少标准。

为了提高电化学储能(EES)固定系统(如大型高能量储能电站)中的应用,安全性是关键。固定式电能存储系统的安全要求旨在通过研究创新识别风险和最低安全要求,考虑其特定条件,如电网接口、建筑物、救援系统等。了解安全状态将有助于提高固定式EES应用的整体安全性,从而为大规模重复使用电池(二次生命周期)开辟这些领域。欧洲必须引领新型储能系统的安全挑战,以促进更可靠的部署并防止不合规解决方案进入市场。

开放式电池管理系统

先进的电池存储系统将在未来能源领域发挥重要作用。它们将允许太阳能和风能资源的持续使用,支持工业4.0的利用,并促进专用于工业或私人家庭的小型机器人设备的开发。当前电池存储系统面临的一个主要挑战是,由于电池的电化学降解,其寿命状态(包括健康状态、功能状态和安全方面)会随着时间和使用时间的延长而降低。这种寿命状态需要通过电池管理系统(BMS)进行估算。在混合储能系统(HESS)中,将多个电池组合起来作为一个单电池储能系统(BESS),了解电池寿命状态对于利用化学物质的协同作用至关重要。挑战在于建立标准程序以确定系统的生命状态指标。

此外,第三方必须有权访问所有必要的电池系统信息、电池状态、操作模式和互操作性条件。使用标准程序确定电池寿命状态的开放存取电池管理系统主题建议开发可延长电池使用寿命的解决方案,并演示诊断和预测电池系统寿命状态的无差别方法。例如,可以通过具有实时算法和创新仪器的先进BMS,以及使用历史数据且得益于高计算能力的离线解决方案来实现这一点。

固定式电池储能的互操作性

互操作性和多服务操作是电池储能系统优于其他竞争性储能技术的关键支柱。这对电动汽车的使用灵活性也很重要。将互操作性与适当的标准、业务模型和技术解决方案相结合,需要成为BESS、混合储能系统(HESS)和电动汽车开发的一部分,以实现多服务灵活性。

主题为促进多服务灵活性、混合解决方案和电动汽车发展的固定式电池储能系统的互操作性建议开发技术,通过在设备和系统之间对齐来自公用事业和ICT领域的现有标准,实现互操作性和无缝实时数据共享,从而在互操作性环境中实现BESS和电动汽车灵活性的无缝利用和货币化,从而实现创新的BESS和电动汽车服务。

用于中长期存储的电池能量系统

如绿色协议中所述,为了促进到2050年欧洲大陆向零排放能源系统的过渡,提供具有成本效益、可靠和可持续的储能至关重要。有必要开发适合各种用途的电化学储能系统(ESS),以促进一系列服务。此外,需要开发的不仅仅是电池,而是整个系统及其电子部件、管理系统和高级软件,这些都是获得最终可销售解决方案所必需的。

中长期储能电池能源系统主题解决了开发和演示用于长期储能(10小时以上)的现实生活大规模解决方案的必要性,这将对不可编程和间歇性风能和光伏绿色能源的渗透产生积极影响。对于欧洲公司来说,每日峰值转移是一个巨大的商机,它们可能会发现,无论是在化学还是系统层面,在与拥有专有技术的世界其他地区的竞争中存在差距。电网支持、负荷转移和套利市场充分证明了支持欧洲解决方案提供商的努力。

储能与直流微电网体系架构

在固定式储能、负载和存储设备以及电动汽车的背景下,由于直流可再生能源的渗透率显著提高,直流微电网概念引起了越来越多的关注。除了简单化之外,由于需要更少的转换器和其他元件,直流微电网在降低能耗和成本同时,简化了电网结构。

由于直流微网技术的显著优势,以及在存储系统开发方面的灵活性和混合性,其在LCOS的改进方面被寄予很高的期望。存储和直流微电网体系结构和专用电子设备主题侧重于为减少电池储能系统(BESS)的安装成本所必需的基本开发。目前,电子设备和相关基础设施的高初始成本(CAPEX)和复杂性已被确定为BESS集成的主要阻碍因素,尽管其可以获得许多功能和长期利益。解决这一问题以增加可再生能源的使用至关重要。

梯次电池的建模和标准化

估计到2025年将有29GWh 的梯次电动汽车电池可用。其中,近三分之一可能用于梯次电池的固定存储(10GWh),到2025年,累计储存总量将达到26GWh。将梯次电池用于固定式储能可以带来一系列效益,包括由于延长使用寿命而大大减少电池的碳足迹。

然而,在广泛使用梯次电池之前,需要在评估方法、修复和电池管理方面取得重大进展。用于固定存储的梯次电动汽车电池的建模和标准化主题解决了这些发展问题。通过开发技术和机制(如评估,修复和优化BMS),可以可靠、安全和可持续地使用梯次电池,电池的生命周期评估有望得到显著改善应当看到,由于使用寿命至少延长了50%,电池的温室气体排放量和碳足迹会大幅下降。欧洲必须对市场上出售的储能系统的使用寿命终止采取行动和监测工具。在梯次生命周期场景中,了解电池的价值或成本是一项义务,而不解决这个问题可能会带来无法估量的环境成本。

6.电池材料回收

随着电动汽车和储能产业的快速发展,越来越多的锂离子电池进入欧洲市场。在未来10年内,大量电动汽车电池系统有望达到使用寿命(EoL)。

电池材料全回收

处理报废电池流需要在整个欧盟范围内开发一套统一的电池处理系统。因此,处理EoL锂离子电池的收集、处理、分类和拆解是将材料重新纳入电池价值链并确保适当回收的首个必要步骤。

应开发更环保的工艺,以尽量减少能源、水和化学品的消耗,以及回收化学品,并尽量减少接触有害物质。提高电池材料的全回收的目标是创建可行的整体回收流程,以有效利用未来10年内达到报废水平的大量电动汽车电池废料以及生产前废料。其目的是建立回收过程,最大限度地回收这些二次原料中所包含的资源(单元素/材料的高回收率,以及材料的总回收率)。

收集、逆向物流、拆解和分类

整个欧洲锂离子电池价值链的流程非常多样化。活性材料的种类、尺寸、形状、连接方式和化学成分种类繁多,很难以最大的回收率和最小的CO2足迹对其进行有效处理。除其他外,可以通过在专家诊断和评估健康状况后将部分流程重新定向到二次生命周期应用程序来实现这一点。因此,分类技术是另一个有待进一步发展的领域。

所有回收阶段中的安全问题也应予以适当注意。在报废车辆的回收站和经授权的处理设施中,回收的EoL电池的状态通常是未知的。在承受电负荷时,应考虑到触电的危险。当电池发生短路或焊接/接头损坏时,可能会出现火灾和爆炸的危险。这些会引起不受控制的热量释放,从而引发连锁反应(热失控),电解液和电池内部有机化合物的分解和蒸发,甚至导致燃烧速度加快,最终导致爆炸并释放出有毒气体。在处理来自电动汽车或储能应用的高能电池时,这些危险尤为显著。

收集、逆向物流、拆解和分拣是指开发综合技术,在不断增长的电池流最终进入回收过程之前,对其进行安全有效的处理。创建用于健康状况(SoH)评估和分类的方法和技术(在可能的情况下实现自动化和标准化),以便将具有潜在危险的电池与可重复使用或用于二次应用的电池分开。

7.培育新兴技术

欧洲电池联盟认为,重要的是不仅要建立具有竞争力的欧盟电池产业,而且要长期保持竞争力。因此,现如今的部分研究经费应用于长期目标。

多价电池

在有望提供高能量和功率密度同时又是绿色、廉价和安全的新兴储能技术中,新型多价(钙、镁、铝等)电池具有重要作用,需要加以探索和开发。阳离子的多价性带来了额外的困难,但由于每个阳离子提供了一个以上的电子,因此有希望获得更高的能量密度,并有望使用金属阳极,此外,由于使用了更丰富的材料而降低了成本。多价电池解决了绿色和可持续多价电池概念的发展。这些基于钙、镁、铝等丰富的多价阳极的新型储能技术,有望在实现绿色、廉价和安全的同时,实现高能量和功率密度。

非常规氧化还原液流电池

为了推动以具有竞争力的能源价格(€/kWh)引进与可再生能源相结合的储能系统,欧洲需要突破性的技术。欧洲电池联盟认为,可持续的非传统氧化还原液流电池的建模,新的电池化学和新的电池设计代表着朝这个方向迈出的一步。非常规氧化还原液流电池:建模、新的可持续电池化学和电池设计旨在开发电化学模型以进行仿真,并辅以实验结果,从而能够以更快,更便宜的方式发现最有希望的氧化还原电对。这将有助于寻找和选择分子作为氧化还原液流电池的阴极和阳极进行实验测试,从而能够更快地开发高能量密度、低价、可持续和更安全的系统。

水系电池

基于同样的理由,欧洲电池联盟建议探索低成本、安全先进的水系电池用于储能。它们在安全性、成本和可持续性方面的固有特性可能是未来几年欧洲电池价值链的一个显著优势。该主题将探讨由于其低成本、可持续性和安全性方面的固有特性而在储能方面特别受关注的可充电水电池。新型水电池由于具有较高的离子电导率,可以在较高的往充放效率下提供快速充电/放电。电解液成分更便宜且对环境无害。该技术不仅适用于大规模储能,而且也适用于不需要高容量能量密度的其他应用。

新兴技术监测界面

尽管新型化学的研究很重要,但欧洲电池联盟也将蓄电池组分之间的接口确定为一个需要广泛研究和理解的研究领域。电池接口处的化学反应会极大地影响电池的使用寿命和安全性。

基于这些原因,监控现场原位中新兴电池技术的接口,以增进我们的理解。因此,新电池的性能应被视为另一优先事项。监控现场原位中新兴电池技术的接口这一主题的范围是在电池形成和传播过程中作为蓄电池组循环的功能研究电池内部的接口。

建模是支持理解反应和/或降解机制以及评估化学成分在界面处形成或分解的重要工具。其目的是为研究蓄电池组中组件之间的接口提供概念证明,同时阐明由于接口处发生反应而导致降解机理的方法。这些新技术和新方法将为电池接口研究建立一个完善的科学平台奠定基础。

新型阳极材料发现的组合方法

最后,欧洲电池联盟观察到,可用于电池阳极的实用材料的选择范围非常狭窄,其性能是进一步改善电池化学性能的主要障碍之一。

此外,由于缺乏可比性实验证据和可用资源,有关新型和新兴阳极电池材料稳定性和性能的知识有限。长期挑战是开发一个能够快速、高通量和可重复的实验筛选新的潜在阳极材料的平台。

新阳极材料发现的组合方法这一主题旨在为潜在阳极材料的开发和测试创造这样一个平台。该方法应显示出与“电池2030+”倡议的自主电池材料加速平台(MAP)的协同作用,因为可以通过先进的多尺度建模过程初步选择合适的材料。

关键字:储能电池 储能材料

中国储能网版权声明:凡注明来源为“中国储能网:xxx(署名)”,除与中国储能网签署内容授权协议的网站外,其他任何网站或者单位如需转载需注明来源(中国储能网)。凡本网注明“来源:xxx(非中国储能网)”的作品,均转载与其他媒体,目的在于传播更多信息,但并不意味着中国储能网赞同其观点或证实其描述,文章以及引用的图片(或配图)内容仅供参考,如有涉及版权问题,可联系我们直接删除处理。其他媒体如需转载,请与稿件来源方联系,如产生任何版权问题与本网无关,想了解更多内容,请登录网站:http://www.escn.com.cn

相关报道