盘点新型电池技术研究开发进展

由于环境和科学技术的发展，新型电池的关键工艺和技术的革新都取得了新的进展，我们对近期新型钙-氧气电池、锂金属电池、锂硫电池、全钒液流电池、钠电池、钙钛矿电池的前沿进展进行了梳理，具体如下：

复旦大学纤维电子材料与器件研究院、高分子科学系、先进材料实验室、聚合物分子工程国家重点实验室彭慧胜/王兵杰团队，联合王永刚、周豪慎、陆俊等合作者，研发出一种新型钙-氧气电池，该电池可在室温条件下进行电化学充放电，并稳定运行700次循环，展现出高安全性和较低成本等优势。日前，相关成果以《室温下可充钙-氧气电池》为题在线发表于《自然》杂志。

以往由于难以找到一种能与钙金属负极相匹配，且能适应高电极电势空气正极的电解质，钙-氧气电池的发展受到了严重制约。为解决这一难题，团队通过系统设计溶剂、电解质盐以及电解质配比，成功制备出一种基于二甲基亚砜/离子液体的新型电解质，有效满足了电池正负极的高要求，研发了可室温工作的新型钙-氧气电池。

固态电解质电池是锂电钠电的最终形态，可以彻底解决安全问题，是新能源下半场当仁不让的主角。无论在科研进展还是企业布局上，固态电池都得到了进展。

在科研技术上，固态电池主要为锂金属电池的研究进展，近期在锂金属电池的延长使用寿命和易燃问题上都得到了解决方法。

对于如何提高车用锂金属电池的循环寿命方面，美国斯坦福大学研究人员发现了一种简单且低成本的解决方案：只需让电池耗尽电量并静置几小时，不仅能恢复电池容量，还能提升整体性能。该研究成果发表于《自然》杂志。锂金属电池的循环寿命短是一大缺点，反复充电和放电会导致额外的死锂积聚，进而导致电池迅速失去容量。新研究发现，通过将电池置于放电状态，可恢复损失的电池容量并延长循环寿命。这些改进只需重新编程电池管理软件即可实现，无需额外成本或改变设备、材料或生产流程。

针对锂金属电池易燃问题方面，美国芝加哥大学研究人员提出了一种解决这个长达数十年的问题的方法：使用无溶剂的无机熔盐来制造高能量密度、安全的电池，发表在《物质》杂志上的论文。直接应用金属锂可能带来安全问题、较差的倍率和循环性能，甚至负极材料在电池内部的粉碎。芝加哥大学团队此次采取了一种新颖的方法，他们通过熔化而非溶解锂盐来使其成为液体，这就需要创造一种在低温下熔化的新盐成分，挑战在于达到锂盐熔化的温度，但电池其他部分的锂金属却不会熔化。纯氯化锂在略高于600℃的温度下熔化，锂金属在180℃熔化，这意味着任何有用的熔盐电解液都必须具有低得多的熔点。于是，研究团队创造了一种在45℃熔化的盐，获得了一种可以在80℃—100℃下安全运行的强大电池。研究团队还在继续研究熔点更低的盐成分，最终目标是研制一种在室温下安全运行的强大的锂金属电池。

同时2024年多家企业也发布了关于固态电池的进展情况。2.5日，央视新闻报道，广汽埃安旗下高端豪华电动车品牌昊铂全固态电池再获新突破，能量密度达到350wh/kg。此前，昊铂曾表示将在2026年实现全固态电池的量产搭载；1月31日，力神电池宣布推出全新一代402Wh/Kg半固态电池。据介绍，该电池单体采用新型集成设计技术，通过调控电化学工艺制式抑制过渡金属溶出和结构错位生长，实现半固态电池的超轻量化和高安全，能量密度达402Wh/kg，兼具高能量密度和高安全性能，将广泛应用于超长续航乘用车、eVTOL等领域；1月31日消息，据国家知识产权局公告，通用汽车环球科技运作有限责任公司取得一项名为“硫化物浸渍的固态电池的制造方法“，授权公告号CN112310465B，申请日期为2019年7月。专利摘要显示，一种制造硫化物浸渍的固态电池的方法。该方法包括提供由电池单元构成的电池芯。该电池单元包括：正电极，包括正极层和正极集流体；负电极，包括负极层和负极集流体；以及隔膜层，设置在正电极和负电极之间。该隔膜包括可渗透的氧化物基膜。

锂硫电池是新型的燃料电池，其以超高的理论容量和能量密度被认为是下一代高能量存储系统的有力竞争者，与传统的电池相比，锂硫电池更加安全、更加可靠，它没有传统的锂电池的高温老化现象，可以一直维持高效低温供电运行效率，这使得其能满足大多数应用场合的需求，不受气温变化和其他因素的影响。

在科研方面，本网此前报道过：华东理工大学研究团队在高能量密度锂硫电池催化剂的设计方面取得新进展。研究人员开发制备了一种由共格纳米异质晶体群组成的高活性表面催化剂。通过稳定的纳米晶体网络增强电子的去局域化，稳定高活性晶体表面，并促进催化剂的整体表面活性。实验结果显示，该催化剂性能优异，基于NbN-NbC的锂硫电池具有显著的放电容量和优秀的耐久性。

在锂硫电池产业化方面，近日，四川日报报道：四川成科国重新能源有限公司在新能源汽车等场景下应用的动力电池领域研发已经全面开启，从去年9月开始试产至今，成科国重已经获得省内工业级无人机企业的千万级订单。

全钒液流电池因其安全性高、寿命长、效率高、环境友好等特点，是大规模储能的首选技术之一。

在科研技术方面，本网报道过：中国科学院大连化学物理研究所研究员李先锋团队开发出70千瓦级高功率密度全钒液流电池单体电堆。该单体电堆体积功率密度由70千瓦/立方米提高至130千瓦/立方米，在体积保持不变的条件下，功率由30千瓦提高至70千瓦，成本较目前的30千瓦级电堆降低40%，有望助推全钒液流电池的商业化进程。李先锋团队采用自主开发的新一代高选择性可焊接多孔复合膜和可焊接高导电双极板，设计出短流程、超薄电池结构，并结合低流阻、高均匀分配流道结构，研制出70千瓦级电堆。经测试，该电堆在70千瓦额定功率充放电条件下能量效率为81.0%；在60千瓦恒功率充放电条件下能量效率为82.1%。此外，该电堆连续稳定运行1200多个循环后，能量效率衰减率仅为1.7%。使用该电堆可将一个20尺的250千瓦储能单元模块升级为500千瓦储能单元模块，不仅功率单元体积大幅减少，还降低了系统配套设施的成本。

同时，瓜州县在积极推进寰泰全钒液流电池储能项目；2月21日，新筑股份(002480)发布公告，为抢占钒电解液领域先发优势，董事会审议通过了《关于子公司投资建设年产60000m³短流程钒电解液生产线项目的议案》，项目产品主要应用于钒电池储能领域，项目总投资估算4.63亿元。

钠电池具有成本低廉、安全高效、资源丰富等不可比拟的优势，与锂等稀缺资源相比具有更好的可持续性。

在科研技术方面，美国马里兰大学研究人员开发出一种固态钠电池架构，其性能优于目前的钠离子电池。通过使用钠金属作为负极以获得更高的能量密度，该电池实现了创纪录的室温下固态钠-金属循环率。而且，电池使用更稳定的陶瓷电解质，降低了易燃性风险。相关研究发表在新一期《能源与环境科学》杂志上。研究人员开发的固态钠电池架构基于钠超离子导体材料。钠超离子导体是不可燃的固态电解质，具有高离子导电性和优异的化学和电化学稳定性。研究人员成功展示了高电流密度下的稳定钠循环，以及薄3D结构离子传导固体电解质的全电池循环。这是可持续和更经济的能量存储技术的重要进步。

近日，钠离子电池产业发展也取得了重要突破：南方电网广西电网公司联合南网储能公司等多家单位组成项目团队，成功研制全国首套电力储能电站用钠离子电池储能系统。该系统通过中国机械工业联合会鉴定委员会评审鉴定，整体技术达到国际领先水平。这标志着我国在大容量钠离子电池储能系统的研制方面取得了标志性突破，将有力推动钠离子储能行业发展；辽宁星空钠电电池有限公司、辽宁宏成供电有限公司（达州）钠离子电池产业综合项目投资合作协议签署仪式举行。该新签约重大项目落地达州东部经开区，计划总投资115亿元，主要建设钠离子电池正负极材料、电芯和集成制造生产线，以及储能电站等配套产业，并配备研发中心和智能管理系统，打造新能源新材料及配套产业链。

钙钛矿型太阳能电池，是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。

在科研技术方面，南京大学谭海仁教授课题组研制的大面积全钙钛矿光伏组件取得新突破，经国际权威第三方机构测试，其稳态光电转化效率达24.5%，刷新此类组件的世界纪录，也为后续产业化发展打下技术基础。相关论文2月23日发表在国际学术期刊《科学》上。谭海仁课题组在前驱体溶液中加入了甘氨酰胺盐酸盐，用这种办法制造的窄带隙钙钛矿薄膜，与宽带隙钙钛矿薄膜结合后，所形成的叠层组件面积达20.25平方厘米。该组件取得24.5%的光电转化效率，相关数据被国际《太阳能电池效率表》收录，目前尚无同类组件打破该纪录。

值得一提的是，自2023年底以来多家钙钛矿企业在产线和电池转换效率上都有突破，2024年1月11日，仁烁光能150MW钙钛矿光伏组件项目竣工，在完全量产化的工艺下，光伏组件（30cm*40cm）可实现21%以上的光电转化效率；2023年12月27日，协鑫光电在昆山举办全球首个GW级大规格（2.4 m*1.2 m）钙钛矿生产基地奠基仪式并启动建设2GW钙钛矿生产线，计划分两期建成。

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