聚焦鋰電池安全 提升綠能儲存效率

鄭州大學副教授金陽發明新型電池體系

用陶瓷管做固態電解質，31歲的鄭州大學副教授金陽發明的新型固態電解質熔融鋰金屬電池體系，能讓「巨型充電寶」——大型電化學儲能電站成為更加安全的現實，這種「巨型充電寶」可像手機充電寶一樣為小區、工業園區等「充電」，提升新能源利用效率，調配電力使用，進而幫助中國能源進行有效轉型。●香港文匯報記者 劉蕊 河南報道

「創新就是要解決問題。」31歲的金陽本科畢業於鄭州大學電氣工程學院電氣工程專業，在西安交通大學電氣工程學院碩博連讀期間，他前往美國麻省理工學院和史丹福大學，開始接觸電池的研究。金陽告訴香港文匯報記者，儲能技術是提升新能源利用效率、調配電力使用的重要環節，能夠助力中國能源轉型強有效。目前電化學儲能是主流，而這其中90%又都是使用鋰電池，但鋰電池是不完美的，安全問題一直未被有效解決。

陶瓷安全性高杜絕隱患

金陽所發明的固態電解質熔融鋰金屬電池體系，其結構是以石榴石陶瓷管為固態電解質，以液態高儲鋰材料為負極、熔融合金為正極，以不銹鋼為電池殼，以硅橡膠為密封材料。「該體系的優勢是正負極被完全隔離，不存在鋰枝晶和穿梭效應，這就杜絕了鋰枝晶帶來的安全隱患。而且固態電解質即使在高溫情況下也不會燃燒，電池也因此更安全。」

「電網儲能相當於上萬個電池在一起，就好比是一個超大型的充電寶，如果出了安全問題的話，是非常致命的，所以說它的安全性要求更嚴格。」金陽說，衡量電池的指標有三個，首先是安全性，第二是壽命和能量密度，第三是成本。「要綜合考慮這三個方面的因素研究新的電池體系。」

「其實已經有很多人在做固態電解質了，只是每個人的路徑不同，而從實驗室到產業化也是一道坎。」金陽的想法是用陶瓷管做固態電解質。「通俗點說，陶瓷就跟石頭一樣，不會着火，使用起來更加安全。」這想法從「種子發芽到長成小樹」用了三年時間。

在研究領域裏，金陽就像一個心無旁騖的馬拉松跑者，在賽道上按照自己的速度一步步向終點跑去。

在美國史丹福大學崔屹教授課題組留學期間，金陽就開始嘗試實踐自己的想法，但當時由於時間有限以及實驗設備的原因沒有完成，後來回國後，金陽又去了清華大學陶瓷國家重點實驗室與伍暉副教授和劉凱博士開展合作研究，在2018年把電池的構型給驗證了，並正式形成研究成果。

隨着碳達峰、碳中和「30·60」目標的提出，以光伏、風電為代表的可再生能源戰略地位凸顯，作為支撐可再生能源發展的核心環節，儲能技術尤其是固態電池儲能研究與開發成為科學界與商界追逐的「熱門賽道」。

降成本實現新能源配套儲能

「固態電池研究目前大家都在賽跑，大家有各自的技術路線與賽道。目前誰能一統天下還不一定。」但在金陽看來，最終能夠走向產業化的方案肯定是成本低的。

金陽表示，光伏風能本身的成本很低，如果儲能的成本無法降下來，是無法與新能源相配合的，也不好建儲能電站。

金陽研發的新電池體系具有低成本的優勢。新電池體系中的陶瓷固體電解質具有高鋰離子選擇性。金陽利用這一特性，開發了一種從低純度氯化鋰直接提取高純度鋰金屬的方法。利用固體電解質對於鋰離子的單一選擇性，可以篩除鉀、鈉等其他的金屬，提取出來的金屬鋰純度大於99.7%，並且將生產成本降低為當前國際鋰金屬價格的20%以下。

除此之外，電池工作溫度低也能有效降低電池成本。金陽所研發的電池體系與自1960年以來報道的其它液態鋰金屬電池相比，工作溫度從450°C降至240°C。金陽解釋道，如果電池在500°C左右工作，需要通過陶瓷焊接進行密封，成本較高。而在200°C左右的條件下，可以使用硅膠進行密封，這就降低了電池的成本。

陶瓷電解質耐高溫的特性為電網儲能的情景下提供了更多的安全保障。「無論電池體系做多大，運行功率多高，即使瞬間溫度提高到四五百度，也沒有任何問題，因為陶瓷是在一千多度的環境中燒結出來的。此外，如果運行溫度突然下降，電池也會完全停止運行，重新恢復到原來的運行溫度後，電池可以續接啟動。」金陽說。