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全钒液流电池第一代非氟离子传导膜工程化应用获成功
《中国科学报》记者 崔雪芹 / 时间:2015-04-07 08:35:53

  据科学网2015年3月24日讯 全钒液流电池是目前技术上最成熟的液流电池,其安全性好、性价比高、生命周期内环境负荷低,是可再生能源发电领域大规模储能技术的首选。但因一些关键技术未能解决,相关产品迟迟未能推广。
  经过十余年打拼,中科院大连化物所研究员张华民团队在全钒液流储能技术关键材料制备、电堆设计制造和系统集成上取得重大进展,相关产品不但从实验室走进了市场,而且从中国走向了世界。
  后来居上
  中国的能源特点是:多煤、少气、贫油。大力普及应用风能、太阳能等可再生能源,对于解决国家能源资源匮乏和环境污染极为重要。但是风能和太阳能大规模储能需要三个技术条件:一是安全性好;二是生命周期的性价比高;三是生命周期的环境负荷低。
  全钒液流电池安全、实用技术好,电解液、端板等材料都循环使用,能很好地满足太阳能大规模储能要求。上世纪80年代,日本、加拿大等国就开始着手研究全钒液流电池,但因关键问题没能解决和关键材料较贵等原因,最终放弃了研究。
  上世纪80年代初,张华民大学毕业后即去了日本,接触到全钒液流电池研究,虽然当时还没有很好的思路,但他却相信这是个研究方向。
  2000年张华民回到国内,他最大的愿望便是在全钒液流电池领域做些实实在在的事情。
  液流电池储能系统的研究开发涉及的专业面广,需要多个学科的团队协同作战。张华民克服重重困难,四处网罗人才。他对团队成员和学生的言传身教,让很多人难以忘怀。“先做人,再做事,要做就做最好”“心胸有多大,能做多大事”等教诲也成为该团队的精神财富。
  经过十多年努力,张华民团队不仅将液流电池非氟离子传导膜价格降低到全氟膜价格的十分之一,而且攻关了其中的关键技术,他们的创新精神甚至影响了日本人,已经终止研究的日本企业重新开始投入研制。
  难忘之事
  离子传导膜是液流电池关键部件,起着阻隔钒离子传递质子的作用,对膜的要求很高,特别是对膜的传导性和稳定性要求高。此前杜邦等企业研制的全氟磺酸离子交换膜也未能满足商业化要求。
  在离子传导膜成为制约液流电池产业化的“拦路虎”之时,研究员李先锋回国加入该团队,他们开始新膜材料研发和第一代非氟离子传导膜工程化放大工作。
  膜材料样品从开始的9平方厘米大小一片,到大约A4纸张大的样品,到最后的连续生产出宽幅可达60厘米的产品,其中饱含着团队的酸甜苦辣。最后,团队成员克服了膜材料生产过程中的一系列难题,优化出了最佳生产工艺,成功生产出了第一批真正意义上的可用的非氟离子传导膜。
  目前,第一代非氟离子传导膜材料可以小批量连续生产,逐步进入了工程化应用示范阶段。2014年底,他们利用团队生产的膜材料成功集成出全国产化200千瓦的系统,经现场测试,效率超过了商业化全氟磺酸离子交换膜。
  团队成员刘宗浩说起了自己最难忘的一段经历。那是2013年5月,5MW/10MWh储能电站的调试验收阶段,当时,如何合理调度整个储能电站的运行,实现储能电站能量的有效管理,根本没有相关经验可借鉴,只能从空白开始。为了攻克难关,团队中电池系统、电控系统、能量管理系统相关负责人边调试,边分析总结,经过无数次的调试验证,最终有效地实现了项目设计之初设定的目标。
  在验收阶段,为了不放过性能测试过程中的每一个关键环节,刘宗浩和团队成员整整三天两夜没有合眼。他们详细记录了试验过程中的每一个数据和操作过程,认真观察每套系统的运行状态,储能电站各项性能指标均达到设计要求,在第三天形成了完整的性能验收报告,得到了业主的高度认可。当业主在验收报告上签字的时候,已经到了第三天晚上的深夜。
  “拿到验收单,现场团队成员虽然都倦容满面,但从每个人的眼睛里可以看出难以抑制的激动和幸福。”刘宗浩说。
  保持淡定
  张华民减压的方式有两个,一是“没心没肺”;二是保持淡定。他在农村租了一个可以种菜种树的庭院,如果周末不出差,他都会挤时间去小院种果树、种菜。他不喜欢买大树苗,喜欢买小树苗或种子自己育苗。看着这些小苗开花、结果,见证它们的成长。
  “拿到中科院2014年杰出科技成就奖确实不易。”张华民表示,近百人的团队经历了14年的风雨,得到国家乃至国际认可,团队人员都很欣慰。
  “大家下一步要大规模降低成本,提高可靠性、稳定性,做到大规模产业化,推进可再生能源的应用。”张华民说。
  在这个团队,每一个团队成员都在行走着、奔跑着,迎接着一个又一个明天。

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