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“這是我們研發(fā)的綠色鉛鹽單液流儲(chǔ)能電池，前面4個(gè)電堆是電池的發(fā)電部分，后面儲(chǔ)液罐是電池的儲(chǔ)能部分，電解液流經(jīng)過電堆的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)電能轉(zhuǎn)化，這樣的設(shè)計(jì)有利于功率和儲(chǔ)能兩部分分開，便于模塊化集成設(shè)計(jì)。”在西安理工大學(xué)劉政老師的實(shí)驗(yàn)室里，他向記者介紹了“可再生耐低溫長壽命單液流儲(chǔ)能電池項(xiàng)目”，用通俗的話來講就是巨型“充電寶”。

該項(xiàng)目已落戶秦創(chuàng)原立體聯(lián)動(dòng)孵化器總基地一年多，目前項(xiàng)目正在加速走向轉(zhuǎn)化落地，為區(qū)域綠色清潔可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展助力。

面向市場(chǎng)需求

錨定“新能源存儲(chǔ)”潛心研究

“新能源在發(fā)電過程中，受風(fēng)的大小和光的強(qiáng)弱等因素影響，電壓會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。因此研發(fā)大功率大容量的長時(shí)儲(chǔ)能電池來解決其發(fā)電品質(zhì)不高、難以上網(wǎng)等問題很有意義。”談起研發(fā)巨型“充電寶”的初衷，劉政說。

2007年，劉政畢業(yè)于英國謝菲爾德大學(xué)，獲博士學(xué)位。2011年回國進(jìn)入西安理工大學(xué)任教，從事綠色鉛鹽單液流儲(chǔ)能電池研發(fā)工作。回國后，經(jīng)過一年多的市場(chǎng)調(diào)研和技術(shù)交流，劉政發(fā)現(xiàn)，發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)已成為可再生能源大規(guī)模接入電網(wǎng)的必然選擇，同時(shí)也是智能微電網(wǎng)的重要技術(shù)之一，其發(fā)展迫在眉睫。

“科研不是閉門造車，要面向市場(chǎng)需求。”劉政說，解決儲(chǔ)能電池的大規(guī)模、高效率、低成本、長壽命問題是未來的發(fā)展趨勢(shì)和方向。“新型儲(chǔ)能設(shè)施如同一個(gè)巨型‘充電寶’，是新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，對(duì)促進(jìn)清潔電力消納、保障電網(wǎng)安全運(yùn)行、推進(jìn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。”

“液流電池是將活性物質(zhì)儲(chǔ)存于水系電解液中，常壓下工作沒有燃燒爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，完全符合儲(chǔ)能的安全需求。”劉政介紹，“特別是鉛鹽單液流儲(chǔ)能電池，不但安全性能特別好，還具備結(jié)構(gòu)簡單、耐季候性強(qiáng)、長壽命等優(yōu)點(diǎn)。”經(jīng)過多方考核，劉政最終確定將綠色鉛鹽單液流儲(chǔ)能電池作為自己的研究方向。

攻克世界級(jí)難題

單一電解液雙極性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在學(xué)校和學(xué)院大力支持下，2011年，劉政成立了液流儲(chǔ)能電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)，并于2012年建立了500Wh液流電池驗(yàn)證系統(tǒng)，研發(fā)了綠色鉛鹽液流儲(chǔ)能電池電堆。

“最初面臨并需要解決的問題就是如何提高液流電池的循環(huán)次數(shù)。”劉政說，為此他和團(tuán)隊(duì)師生到處走訪調(diào)研、埋頭閱讀文獻(xiàn)、扎根實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。這項(xiàng)工作最大的難題是根據(jù)電化學(xué)條件下金屬共沉積原理，怎樣抑制負(fù)極鉛枝晶的生成，防止電池短路失效。嘗試了上百種添加劑，都沒有達(dá)到預(yù)期效果，需要自行合成配制。劉政說，“就跟‘配藥’一樣，要把不同的化學(xué)物質(zhì)搭配進(jìn)行合成制備，再實(shí)驗(yàn)測(cè)試其可行性。”經(jīng)過上百種化學(xué)物質(zhì)搭配，上千次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，劉政團(tuán)隊(duì)最終合成一種無機(jī)非金屬添加劑，使電池單次循環(huán)壽命從低于百次提高到千次，加上該電池具有可再生特性，總循環(huán)壽命可達(dá)萬次以上。

液流電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是提高電池功率、容量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。劉政團(tuán)隊(duì)起初采用單一電解液體系/單極性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來提供電池功率和容量。后來在實(shí)驗(yàn)中對(duì)產(chǎn)品多次改良，2017年，團(tuán)隊(duì)研制出“10kW/600Ah光伏/單液流電池儲(chǔ)能離網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)”，通過合格驗(yàn)收，并在惠州大亞灣6KW試點(diǎn)風(fēng)光互補(bǔ)儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用示范，此研究成果首次攻克單一電解液雙極性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)世界級(jí)難題。

隨后團(tuán)隊(duì)又對(duì)電池耐溫性進(jìn)行科研攻關(guān)，經(jīng)過百余次實(shí)驗(yàn)，終于調(diào)制出使液流電池耐極寒極熱的“獨(dú)特配方”。“我們研發(fā)的‘獨(dú)特電解液’耐溫配方，使電解熵減最低冰點(diǎn)溫度達(dá)到-65℃，使熵增最高沸點(diǎn)溫度達(dá)到+90℃，電池在-40℃-50℃正常運(yùn)行，沒有一點(diǎn)問題。”劉政說。其團(tuán)隊(duì)歷時(shí)十年研發(fā)的一體化綠色鉛鹽單液流儲(chǔ)能電池電堆，解決了電池耐極寒高溫性及雙極性結(jié)構(gòu)等國際關(guān)鍵技術(shù)問題，發(fā)表相關(guān)領(lǐng)域的SCI論文16篇，獲得核心發(fā)明專利8項(xiàng)。

從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)

與本市一家企業(yè)簽訂訂單

作為西安理工大學(xué)重點(diǎn)推介的科研轉(zhuǎn)化項(xiàng)目，在學(xué)校技術(shù)研究院的引薦下，項(xiàng)目2022年6月落戶秦創(chuàng)原總窗口，并成立西安秦源智科儲(chǔ)能科技有限公司。劉政介紹說，西安秦源智科儲(chǔ)能科技有限公司總經(jīng)理趙云也是西安理工大學(xué)的校友。

“可再生耐低溫長壽命單液流儲(chǔ)能電池”產(chǎn)品，即巨型“充電寶”具有高安全性、耐腐蝕、低成本、維護(hù)簡單便捷等優(yōu)點(diǎn)，充放電次數(shù)可達(dá)1萬次以上，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)鋰離子電池。采訪中，趙云告訴記者，該項(xiàng)目應(yīng)用前景廣泛，產(chǎn)品主要定位于中、大型儲(chǔ)能市場(chǎng)，可以應(yīng)用于風(fēng)能太陽能等可再生能源調(diào)峰儲(chǔ)能、分布式電站儲(chǔ)能市場(chǎng)、智能電網(wǎng)大規(guī)模儲(chǔ)能市場(chǎng)和電網(wǎng)儲(chǔ)能調(diào)頻調(diào)峰市場(chǎng)等方面。

“通俗來說，我們的新型儲(chǔ)能技術(shù)可以解決間歇性供電對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響問題，同時(shí)還能解決邊遠(yuǎn)地區(qū)照明、收看電視、房間供熱等急切問題，具有廣闊的市場(chǎng)前景。廣泛應(yīng)用于新能源發(fā)電配儲(chǔ)、電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、應(yīng)急電源、電網(wǎng)容量調(diào)節(jié)等方面。”趙云說。

目前，項(xiàng)目已走向工業(yè)化量產(chǎn)。“我們與本市一家企業(yè)簽訂了400余萬元的儲(chǔ)能電池訂單，產(chǎn)品即將交付。”趙云說，即將交付的產(chǎn)品可以讓客戶在電價(jià)低谷時(shí)一次儲(chǔ)存4000度電，在電價(jià)高峰時(shí)使用。按照我市目前工業(yè)用電價(jià)格，可幫助客戶每度電節(jié)約0.83元的使用成本。

秦創(chuàng)原攜手高校院所

助力更多科研成果落地轉(zhuǎn)化

“從2022年6月入駐到現(xiàn)在一年多了，從辦公場(chǎng)所、財(cái)稅和工商服務(wù)到知識(shí)產(chǎn)權(quán)申報(bào)、發(fā)展規(guī)劃指導(dǎo)、展會(huì)推介，秦創(chuàng)原為我們這些初創(chuàng)企業(yè)提供了全鏈條全周期服務(wù)。”趙云說，“特別是這里聚集了大量高校項(xiàng)目，行業(yè)聚集可以形成上下游互補(bǔ)。我們就在同一個(gè)園區(qū)找到了一家電池檢測(cè)企業(yè)，形成了配套合作，為企業(yè)節(jié)約了時(shí)間和資金成本。”

和劉政一樣，西安理工大學(xué)很多老師始終圍繞國家重大需求，堅(jiān)持面向?qū)W術(shù)前沿，助力地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)，用知識(shí)服務(wù)社會(huì)，取得了一批原創(chuàng)性和引領(lǐng)性科研成果，而這些科研成果則在秦創(chuàng)原的助力下加速落地轉(zhuǎn)化，走向市場(chǎng)，服務(wù)社會(huì)發(fā)展。

持續(xù)優(yōu)化科技創(chuàng)新生態(tài)，構(gòu)建全鏈條全周期服務(wù)體系，秦創(chuàng)原正吸引著更多高校院所科技成果落地轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用。

記者了解到，目前僅西安理工大學(xué)就有29個(gè)團(tuán)隊(duì)獲批秦創(chuàng)原春種基金項(xiàng)目或科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目，獲得各類投資過億元。該校還與秦創(chuàng)原創(chuàng)新促進(jìn)中心合作，在西咸新區(qū)共同建設(shè)2000平方米的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺(tái)，為學(xué)?？萍汲晒谇貏?chuàng)原落地轉(zhuǎn)化起到示范帶動(dòng)作用。 

原標(biāo)題：攻克世界級(jí)難題！巨型“充電寶”實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)！