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 Vehicleindustryin2007Output 8 88MSales 8 7MBothincreased22 Theoutputisforecastedover10Min2009 andChinawillbethelargestvehicleproducingcountryinthenextfewyears Chinesevehiclemarkethasgreatpotential Year2005201020202030VehicleOwnership 1kperson 24 240 294 5214 3 VehiclePopulation million 31 653 5132 1312 9Passengercarownership 1k 16 423 267 7183 0Passengercarpopulation M 21 430 894 6267 2 BigAutomotiveEnergyConsumption In2006 Oilconsumptionis346 6MtonsSecondbiggest USAfirst Growth12 peryear In2008 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 CO2content USA 25EU 13China 5 CO2emission t person year Optimizeexistingvehicleenergypowertrainsystem DevelopmentofEnergy efficientVehicles EvolutionalStrategy RevolutionaryStrategy Developanewtypevehicleenergypowertrainsystem DevelopmentofNewEnergyVehicles SustainableDevelopment DualStrategy StrategychoiceofChineseNewEnergyVehicle 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 25Highesttemp 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 ATL TemperatureDistributionatTimeofHighestTemp of50Ahhardcase Thehardcaseis110 220 25Thehighesttemp 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 HEVisatransitivechooseBEVmode60 80km Mostpassengercar40 80km day InFrance80 carsless50km day InUS80 carsless90km day 60 carslessthan50km day Thecostof10kwhLi ionbatteryisnothigh Points lines Areasstructureandtransportationmeanschoice E bike 0 50 200 town Bigcity Inter city BEV Subway E bus E Railway Airline Waterway MicroEV E bus km IndustryProspectofChineseNewEnergyVehicle E bike E bike 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 MakeuseofoffpeakpowerDevelopmentofwindpowerandsolarEnergy VRB 650AhNa Scells Li ionbattery 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 S 10KWmodule 300 350 Na S Li IonBatteryforelectricitystorage 太阳能 PV Windpower grid 用户 PV Li ionBattery WindPower SOFC Offpeakpower BEV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 3884 J Y LuoandY Y Xia Adv Funct Mater 2007 17 387