陈立泉 动力和储能----锂离子电池如何应对

动力和储能----锂离子电池如何应对?陈立泉中科院物理研究所2009北京动力锂离子电池论坛2072343254445075717288880200400600800100020002001200220032004200520062007YearVehicleoutput10kVehicleindustryin2007Output：8.88MSales:8.7MBothincreased22%Theoutputisforecastedover10Min2009,andChinawillbethelargestvehicleproducingcountryinthenextfewyears.ChinesevehiclemarkethasgreatpotentialYear2005201020202030VehicleOwnership（/1kperson）24.240.294.5214.3？VehiclePopulation（million）31.653.5132.1312.9Passengercarownership（/1k）16.423.267.7183.0Passengercarpopulation（M）21.430.894.6267.2BigAutomotiveEnergyConsumptionIn2006:Oilconsumptionis346.6MtonsSecondbiggest(USAfirst)Growth12%peryearIn2008:Autoconsumes60%ofallfuelconsumptioninChina石油如何满足？我国石油储量不足世界的2%。我国自产石油在1.8亿吨/年左右。2007年我国净进口原油1.63亿吨，成品油0.338亿吨。原油对外依存度达到46.05%。每年新增1000万辆汽车，石油需求新增2000万吨左右。如何保证？GHGGreenhousegasemissionfromtransportationinUSAis25%ofthetotal。CO2emissionbyVehicleis51％ofthetotalincity.CO2contentUSA:25EU:13China:5CO2emission(t/person.year)Optimizeexistingvehicleenergypowertrainsystem——DevelopmentofEnergy-efficientVehiclesEvolutionalStrategyRevolutionaryStrategyDevelopanewtypevehicleenergypowertrainsystem——DevelopmentofNewEnergyVehiclesparallelinteractionSustainableDevelopmentDualStrategyStrategyforChineseTransportationEnergyStrategychoiceofChineseNewEnergyVehicle我国电动汽车始于何时？追溯到上世纪40年代，抗战时期;1958年清华大学电动汽车;1970年Na/S电池电动汽车会战：北方战区：北京大学等，南方战区：上海硅酸盐所等。1975年载4人电动车完成从静安寺到嘉定演示。八五、九五、十五、十一五电动汽车专项。十二五节能与新能源汽车专项。抓主要矛盾和主要矛盾方面•电动汽车pk其它节能与新能源车;•纯电动汽车pk其它电动汽车。•BEV-既不用油，又零排放,将带来能源革命(改变了能源结构)和汽车产业革命。•BEV—我国的战略选择。我国难得的发展机遇•BEV的关键--Li-ionBattery;•Li-ionBattery的关键--安全、成本。TemperatureDistributionatTimeofHighestTemperatureof20AhHardcase•Thehardcasebodyis110*110*25•Highesttemp.isabout135℃（假设电池均匀产热,全部电能转化为焦尔热.Q=65Wh,Wt=0.7kg,S=352cm2.Q/S=0.18）ATLTemperatureDistributionatTimeofHighestTemp.of50Ahhardcase•Thehardcaseis110*220*25•Thehighesttemp.isabout188℃（假设电池均匀产热,全部电能转化为焦尔热.Q=160Wh,Wt=1.7kg,S=650cm2,Q/S=0.24）ATL电池单体容量尽量较小，以保证电池系统的安全。Li-ion电池产业链的完善;电池组和模块技术的完善和优化:设计、芯片、线路。Plug-in-HEVisatransitivechooseBEVmode60-80km。Mostpassengercar40-80km/day.InFrance80％carsless50km/day.InUS80％carsless90km/day,60％carslessthan50km/day，Thecostof10kwhLi-ionbatteryisnothigh。Points-lines-AreasstructureandtransportationmeanschoiceE-bike050200townBigcityInter-cityBEVSubwayE-busE-RailwayAirlineWaterwayMicroEVE-buskmIndustryProspectofChineseNewEnergyVehicleE-bikeE-bike长株潭大连市天津市上海市深圳市武汉市北京市重庆市BeijingtoTianjingtrainmax.speed350km/h，needs38mni.,7.5kwh/person,noGHGemission.“四纵四横”“城市圈”：1.哈尔滨-沈阳-大连-北京2.北京–上海i(5hrs),3.杭州-福州-厦门-深圳,4.北京-武汉-广州(4hrs).1.太原-石家庄-胶东,2.兰州-西安-郑州-…3.成都-重庆-武汉-合肥-上海,4昆明-贵阳-长沙-南昌-杭州….一By2012,Beijingtomostcapitalcitieswillbeonly8hrsbytrain.2007年底我国电力装机容量已超过7亿kW，一天的低谷电约9.2亿kWh,可为3-4千万辆锂电汽车充电。到2020年装机容量将超过9-10亿kW,低谷电将超过12亿kWh。电从哪来?低谷电NATURE|Vol456|27NEWSFEATURE7November2008风电和光伏电都是不连续的电源，需要解决电能的储能问题。BEV成为分布式储能系统，储能效率可达90%,远高于抽水蓄能电站的效率(70%)。By2010Windelectricitywillbe5MKW,2020:Windelectricitywillbe3%(30MKw)ofthetotal.2008windpowerreached12.21MKW.。倪维斗院士指出，这意味着我国风电平均每千瓦装机容量一年只工作1000小时(2009/9/15/09:19来源：文汇报)Energystoragedeviceiskeyissuefor:MakeuseofoffpeakpowerDevelopmentofwindpowerandsolarEnergyVRB650AhNa/ScellsLi-ionbatteryV电池能量储存在溶液中,所以系统容量由电解液的容器尺寸所决定，功率由电池组的尺寸决定.因此，V电池更象可充电的燃料电池，而不象普通的电池。正极充放电反应：放(VO2)++2H++e===(VO)2++H2OE0=1.00V充负极充放电反应:充V3++e=V2+E0=-0.26V放Na/S10KWmodule300-350℃,NaSLi-IonBatteryforelectricitystorage太阳能(PV)Windpowergrid用户PVLi-ionBatteryWindPowerSOFCOffpeakpowerBEV与储能•BEV可用来构建分布式储能系统，因此动力电池可在整个储电系统中发挥重要作用。•但BEV的Li-ion电池并不能完全代替储能用Li-ion电池。两类储能电池电站(厂)储能:大容量、长寿命、快速响应…..用户储能：小容量、长寿命、差异化性能;应根据储能电池的要求设计Li-ion储能电池，不能简单把动力Li-ion电池作储能用，或把动力Li-ion电池按储能要求作评价。材料和化学体系都应根据储能要求重新设计。J.Y.LuoandY.Y.Xia,Adv.Funct.Mater,2007,17,3877-3884J.Y.LuoandY.Y.Xia,Adv.Funct.Mater,2007,17,3877-3884如何面对新的挑战?现在Li-Ion电池的产业化成果，是过去一、二十年基础研究的收获。美国奥巴马政府，投资24亿美元用于Li-Ion研发。德国紧随其后。日本NEDO提出Li-ion能量密度：•2015年将达到500Wh/kg,•2030年将达到700Wh/kg。•未来5年投资220亿日元研究车用/储能Li电池Thankyouforyourattention!!