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日期：2023-10-12 08:15来源：三峡日报 责任编辑：田乃东 10月11日下午，2023中国（宜昌）绿色能源发展大会“先进清洁能源材料与技术”学术交流活动在三峡大学举行，代表德国国家工程院院士雷宪章出席的西南石油大学电气学院院长张安安，华中科技大学教授黄云辉，代表武汉理工大学材料学科首席教授、博士生导师麦立强出席的武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室教授徐林，清华大学教授张强，北京化工大学研究生院常务副院长、教授徐斌分别作学术报告。 精彩精辟的学术盛宴让与会者受益匪浅。三峡大学材料与化工学院研究生孙香荣说：“学术大伽们的前沿分享，不仅呈现了许多科技新奥妙，也让我们深刻领会到实现'双碳’目标其实是一场深刻的能源革命。” 三峡大学校长王炎廷，省科协副主席孙建刚，市领导崔伟宁、卢斌等出席活动。三峡大学副校长李东升主持。（记者黄春梅） 相关阅读 水风光储输协调 助力“双碳”战略 德国国家工程院院士、西南石油大学碳中和首席科学家 雷宪章
世界经济将从能源的资源依赖型走向能源的技术依赖型，全球化石能源分布极不均匀，全球风光资源分布较为均匀，但是对风和光的利用要依赖技术的发展。 碳达峰、碳中和是我国对世界作出的庄严承诺。碳中和是“一场广泛而深刻的经济社会系统性变革”，事关中华民族的永续发展和构建人类命运共同体。首先是一场深刻的能源革命，用新能源、零碳能源替代传统化石能源，中国将在这场能源革命中通过抢占发展先机，抢夺话语权，在新的发展赛道中获得主导权；其次，事关中华民族的伟大复兴，倒逼中国经济实现绿色发展，完成从工业文明到生态文明的转变；三是通过发展新能源和零碳能源，引领新的能源赛道。 实施“双碳”战略，电氢耦和协调是重要抓手之一。当前，我国面临三个挑战：一是2030年风、光发电装机容量将是现有装机容量的3倍，电网是否是消纳光电能的唯一途径；二是以新能源为主体的新型电力系统如何实现安全稳定运行，关键在于能否实现全时域的功率平衡和电网的动态稳定；三是如何建立水风光储新能源高效互补协调体系。 电氢耦合协调，保证绿色能源供应和消费。实现以电网为主，氢能（氢基能源）为辅的电氢耦合协同的清洁能源的新型能源供给模式，保证绿色能源安全供应和消费。电氢耦合协调，保证新型电力系统安全稳定。新型电力系统能整合区域内风、光、电、热等多种能源，满足系统内多元化用能需求，有效提升能源利用效率，促进能源可持续发展；而新能源的资源特性带来了充裕性挑战，可利用电氢融合协调技术解决和支撑。 新型电力系统面临四个挑战，即波动随机，功率平衡增难；多源双向，系统调控复杂；宽频振荡，电能质量受损；惯量不足，稳定裕度减少。解决这些问题的方案有三个，一是利用电池充放电实现调峰、调频；二是利用抽水蓄能、压缩空气储能、SOFC等技术实现功率平衡；三是利用电解水制氢技术消纳新能源发电、以氢烯料SOFC发电技术匹配功率波动。 电力系统负荷平衡要求不同的储能技术。新型电力系统安全运行，必要条件是系统供能必须与负荷实时平衡：暂态稳定（秒级）、频率稳定（分钟级）、削峰填谷（分钟至小时级）、日负荷平衡、周以上的长期负荷平衡。不同时段的负荷平衡要求不同的储能技术，如电化学蓄能、抽水蓄能、压缩空气储能以及氢储能。当以新能源为主体的电源在全时域储能技术的支撑下，建成稳定的电源后，才能逐步淘汰燃煤电厂，实现新型电网的稳定安全运行。 以四川省甘孜州为例：甘孜州水风光能资源禀赋优异，清洁能源开发潜力巨大。通过新能源电量互补平衡，保证清洁能源稳定供给；实现新能源电力动态平衡，保证新型电力系统稳定运行；建立水风光储多主体多时间尺度的智慧能源调度机制，依靠技术突破，实现了甘孜水风光资源互补，助力甘孜成为绿色低碳转型的全国引领。 绿色转型是一个过程，不是一蹴而就的事情，要先立后破，而不能未立先破，依托技术创新和技术突破，通过水风光储输协调发展，探索新型电力系统下大规模开发利用水风光资源的新模式，引领国内绿色低碳转型，实现新型能源体系安全稳定运行，逐步完成化石能源的零碳替代，最终实现我国提出的“双碳”目标。（记者黄春梅 整理） 电化学储能与电池安全 华中科技大学教授 黄云辉
我国实现“双碳”目标时间紧、任务重。优化能源结构是根本路径，发展新型储能技术是关键和支撑。 以锂离子电池为主的电化学储能市场需求旺盛，2022年全球和我国储能锂离子电池出货量分别为159.3GWh和130GWh，同比增长分别为140.3%和170.8%。锂离子电池作为新能源汽车动力电池目前市场容量更大。2022年，我国锂离子电池产量达750GWh，且产业规模进一步扩大。 在锂离子电池等蓬勃发展的今天，电池安全尤为重要。电池安全涉及众多因素，包括电池材料、电芯和模组等，其中电池材料是核心。 在所有商用正极材料中，磷酸铁锂安全性能最好，因此用量也最大，特别是在规模储能领域。但磷酸铁锂导电性、倍率和低温性能差，基于此，我们与磷酸铁锂发明人、诺贝尔化学奖得主John Goodenough一起提出了“电化学活性复合”的思路，并采用氮掺杂碳与磷酸铁锂复合，大幅提升了倍率和低温性能，并成功应用于万润新能，产品广泛应用于宁德时代、比亚迪等电池龙头企业。 在研究中我们发现，构筑“三明治”结构的“金属—聚合物—金属”复合铜基和铝基集流体是解决电池安全的一类变革性材料，应用于钠离子电池和固态电池中可大幅提升安全性能，目前已在批量生产中。 在新型高安全电池方面，我们团队在自主研发的“自分层液流电池”的基础上，开发了一类水系全铁液流电池（碱性全液态），非常适合于大规模长时储能，孵化了武汉巨安储能科技有限公司，产品获批国家能源局首台套储能系统，目前已进入兆瓦级并网储能示范阶段。 电池的健康状态对其安全至关重要，如何做到实时给电池“体检”并做出及时诊断，是行业的难点和痛点。为此，我们创新性地采用超声扫描成像技术，研制发明高灵敏电池超声扫描成像系列设备。同时我们还研发光纤传感技术监测电池在使用过程中温度和应力的变化，为电池安全预警和寿命预测提供支持。 我认为，动力与储能电池技术发展重点为：科学布局矿产资源；突破电池用关键材料自主可控技术；开发同时兼顾高能量密度和高安全的电池体系；加快智能电池的研发和推广应用；推进固态电池的产业化和实际应用；发展基于丰度元素的钠离子电池等新型体系；大力发展适于规模储能的新型液流电池体系；开展退役和失效电池回收修复技术研究。（记者蔡昶 整理） 打造高性能兼备的储能材料 武汉理工大学材料学科首席教授、博士生导师 麦立强
目前，国内对高性能储能材料与器件有重大需求，高性能储能器件在新能源电动汽车、下一代移动终端和智能电网等领域都有重要的意义。我们研究高性能储能材料与器件的最终目标，是要实现高能量密度、高功率密度、长寿命和高安全性。在众多类型的电池中，使用固态电池有望实现该目标。固态电池有安全性高、能量密度高的潜在优点，但应用到实际还面临很多挑战，比如离子输运和界面稳定性等。 为解决上述问题，基于一维纳米结构连续的网络结构及结构变化丰富的特点，可实现能量的高效传输，团队对纳米线固态电池进行了研究。 固态电解质是影响固态电池性能的关键材料。团队采用自组装策略构筑三维分级MOF纳米线离子导体与聚合物复合，改善不连续的锂离子传输和弱的机械强度；MOF和聚酰亚胺之间通过共价键结合，提供优异的离子输运和机械性能。 为使有机—无机固态电解质复合得更均匀，团队采用了单分散超细纳米线复合固态电解质，通过混合溶剂策略，提升复合固态电解质混合液的稳定性，维持单分散状态。 利用纳米线调控固态电池界面的稳定性。在电极和固态电解质界面制作梯度的纳米线电极材料，引入自愈合准固态电解质、原位构筑拓扑聚合物界面等方法，研制的电池具备高的界面稳定性和充放电循环寿命。 为研究电池容量衰减的本质规律，我们使复杂电池界面平面化，制作单纳米基元电池芯片，揭示了电池充放电过程中材料与界面的演变规律；研制的微型电池实现高容量、高能量密度、高集成性；通过紫外光刻技术制备得到可微纳图案化的共混聚合物电解质。 基于以上基础研究，团队做了产业化项目探索。在储能材料和器件领域，按商业化电池装配工艺组装的锂金属电池能量密度达350 Wh/kg；开发了低成本钠离子电池，获得了锰基高性能钠离子电池及关键正极材料的批量化制备技术；开发了低成本储能型钾离子电池；研发了高安全、长寿命、低成本固态电池；研制了国际首台套“光伏—自温控储能—照明一体化系统”，为解决光储一体化系统热安全问题提供了新的解决方案。（记者郑健捷 整理） 锂键化学推动二次电池高质量发展 清华大学教授 张强
参加中国（宜昌）绿色能源发展大会，使我们能够感受到在宜昌不止有水电，还有未来更好的新能源材料，这将促使这个行业发展得更好。 2019年，约翰·B·古迪纳夫(John B. Goodenough)、斯坦利·威廷汉(M. Stanley Whittingham) 和吉野彰(Akira Yoshino)美英日三人获得诺贝尔化学奖,表彰他们对锂离子电池方面的研究贡献。诺贝尔奖委员会给出的评价是，锂离子电池已经彻底改变了我们的生活，其应用从手机到笔记本电脑，再到电动汽车，触及方方面面。他们三位的研究为推动一个无线（可移动）、无化石燃料的社会奠定了基础。 我国提出努力争取2060年前实现碳中和。电化学能源存储是现代能源体系中的关键组成。发展基于锂离子电化学反应储能的锂电池技术是实现高效储能的突破口。 理解锂离子的化学成键规律是二次锂电池宏观高效发挥能源存储作用的前提。 2016年，我们团队首先提出锂硫电池的锂键。通过研究多硫化物与氮掺杂碳材料之间形成的锂键的几何结构、键能、电荷分布、偶极等性质，明晰了锂键是一种偶极—偶极相互作用，并通过理论和实验表征指认锂键的形成过程。该研究团队将锂键化学观念引入到电解液、负极体系，提出了二次锂电池宏观高效实现的有效途径。 目前，该研究团队正在引进AI for Science的新研究范式研究锂键，基于AI人工智能加速先进电池材料设计、开发与实践，推动锂电池技术进步。我认为，追求更好的电池是支撑着中国在能源研究领域创新的领先地位。我们正在努力提高基础科学和工程能力，通过可再生能源的规模化转化和高效存储，以建立清洁、安全和负担得起的能源技术，推动能源革命，实现可持续发展目标。（记者蔡昶 整理） MXene的电化学储能应用 北京化工大学研究生院常务副院长、教授 徐斌
MXene，即二维过渡金属碳/氮化物，是近年来受到广泛关注的一类新型二维纳米材料。MXene材料种类繁多，理论预测有100余种，目前己合成的MXene有40余种。独特的结构与性能使其在催化、生物医药、电子、环保、传感等前沿领域都有广泛应用。特别是在电化学储能领域，MXene独特的层状结构、赝电容储能机制、类金属的导电性、丰富的表面端基和良好的机械柔性，使其既可直接用作超级电容器和各种二次电池的电极材料，也可与各种金属氧化物、合金等材料复合制备高性能的复合电极材料，广泛应用于各种电化学储能体系。 通过插入层间粒子、自然沉降、凝胶—碳点插层等策略可扩大MXene的层间距，或利用硫模板法、交联诱导法自蔓延法、原位冰模板法构筑三维结构，可以有效避免MXene的片层堆叠，扩大其活性表面，并提供离子快速迁移的路径，从而改善MXene的电化学性能。 针对金属化合物、合金类电极材料比容量高，但电导率低、体积膨胀大、循环和倍率性能差的问题，以MXene为导电基底材料，利用范德华自组装、静电自组装、混合抽滤、球磨等方法将各种纳米活性物质负载在二维MXene纳米片层上，可以改善复合材料的导电性，并缓冲活性物质循环过程中的体积应变，获得高比容量、循环和倍率性能优异的复合电极材料。 采用MXene作为多功能导电粘结剂，用于活性炭、硬碳等电极材料的成型，MXene在电极中同时充当导电剂、粘结剂、柔性基底、辅助活性材料等，制备出的电极不仅具有良好的柔性，其电化学性能也优于传统高分子粘结剂成型的电极，这一方法对超级电容器、锂/钠/钾离子电池、锂硫电池和室温钠硫电池等储能体系的电极成型具有普适性。（记者郑健捷 整理） 本版图片由三峡日报全媒记者 付蓓蓓 摄 |
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张安安代表雷宪章院士作学术报告
黄云辉
徐林代表麦立强教授作学术报告
张强
徐斌
