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          欧盟2019年计划资助1.14亿欧元支持下一代电池研发
          2018-09-17 | 编辑: | 【 】| | 供稿部门:规划战略与信息中心
              

           

            近日,欧盟更新了“地平线2020”(2018-2020)计划中能源和交通运输部分的项目资助计划,即新增一个主题名为“建立一个低碳、弹性的未来气候:下一代电池”跨领域研究活动,旨在整合“地平线2020”(2018-2020)分散资助的与下一代电池有关的研究创新工作,推动欧盟国家电池技术创新突破,开发更具价格竞争力、更高性能和更长寿命的电池技术。新增资助计划将在2019年提供1.14亿欧元用于支持7个主题的电池研究课题,具体内容如下: 

            1、高性能、高安全性的车用固态电池技术(资助金额:2500万欧元) 

            针对电动汽车,进一步发展现有的固态电池技术,以解决当前固态电解质电池的各种问题,如工作温度过高、离子传导性过低、电极电解质界面阻抗过高、电池循环寿命短、生产成本过高等。主要围绕三种电解质材料进行研发: 

            1)无机电解质材料,如钙钛矿、石榴石、硫化物、钠超导体等无机结晶材料和锂磷氧氮、玻璃态氧化物等无机非晶材料,由于电解质和电极之间的反应性,在电池组装以及循环期间存在界面电阻过高和接触较差的问题。 

            2)固体聚合物/聚合物材料,如聚环氧乙烷、聚合物离子液体、单离子聚合物等,存在离子电导率过低、电化学稳定性较差、反应温度不合适和锂枝晶问题。 

            3)固态混合电解质,解决高电压下聚合物电解质稳定性较低、对复合材料界面认识不足等问题。 

            此外,还将开发所谓“后锂离子时代”电池材料,包括采用传统锂离子材料的锂硫电池(如将于2020-2022年间开发,如以硅/碳(C/Si)为负极的锂硫电池)和以锂金属为负极的全固态电池(将于2025-2030年开发)。 

            产生的预期影响主要有:(1)锂硫电池能量密度大于350 Wh/kg1000 Wh/L,锂金属为负极的全固态电池达到能量密度大于400 Wh/kg1200 Wh/L;(2)到2030年,功率密度大于10000 W/kg情况下快速充电速度超过10C;(3)成本低于100欧元/kWh;(4)提升材料建模能力并维护生态系统;(5)增强欧洲电池生产价值链;(6)完成安全性验证和知识产权保护。 

            2、非车用的电池技术(资助金额:2400万欧元) 

            能源供应低碳转型情况下,需要通过开发电池存储技术来应对储能挑战,主要包括: 

            1)通过开发低成本高性能材料(如纳米结构、二维材料和电解质等新型先进电极材料)和化学品,改进封装和电池设计以及电池组件生产工艺,实现更具价格竞争力、更高性能、高度安全和寿命更长的电池存储解决方案。 

            2)安全的存储技术,如开发用于固态电池的聚合物或固体电解质材料。 

            3)开发可持续材料、环保生产工艺、二次利用以及在欧洲容易获取的材料,电池回收应具备大规模实施和低成本的潜力。 

            4)对新的电池存储解决方案进行循环性、可靠性和寿命的工业示范和测试,在欧盟监管框架下进行开发,并考虑其对工业标准的影响。 

            5)对新的解决方案进行包括环境和经济的全生命周期评估。 

            产生的预期影响主要有:(1)大幅降低固定式储能成本,将其降至0.05欧元/千瓦时/周期,并将其他应用的成本降低至少20%,使新技术更具竞争力和可持续性;(2)固定式储能的循环寿命明显超出现行标准,在80%放电深度下至少达到5000次循环;(3)储能产品可持续性更强,理想情况下循环效率超过50%,并经过经济可行性验证。 

            3、氧化还原液流电池仿真建模研究(资助金额:500万欧元) 

            由于能长时间储存大量电力并能在需要时快速释放,氧化还原液流电池(RFB)被认为是电网固定式储能的主要技术,其能量密度及成本主要由氧化还原电对和电解质决定。目前的RFB主要采用非欧洲出产的金属氧化还原电对,有高度腐蚀性、且有时具有毒性。此外,电池系统大多为水基,会发生高电压水电解和膜渗透,影响电池效率、成本、安全性和可持续性。因此,需开发数值模拟模型以及多种电解液和电化学预选材料。仿真模型应模拟新化学品和设计,研究电荷、质量和热量输运机理,识别电池限制机制,预测电池性能,优化设计并扩大规模,尤其关注电池的电压、能量、功率密度、可靠性和成本。 

            产生的预期影响为:显著推进研究和工程应用,加速获得新的非稀有和无毒性的氧化还原电对和电解质,降低材料和成产成本,优化全尺寸低成本和环境可持续RFB系统的设计和性能,以平衡电网中波动性可再生能源。项目成果应在中长期内有助于实现欧盟战略能源技术计划(SET-Plan)中设定的目标,并激励对低碳能源部门的投资,其长期目标是是通过创新驱动经济增长和固定式储能的产业竞争力。 

            4、适用于固定式储能的先进氧化还原液流电池(资助金额:1500万欧元) 

            开发和验证基于新的氧化还原电对和电解质材料的RFB,这些材料具有环境可持续性,且有较高能量和功率密度,能够提高电池寿命和效率并降低成本。另外,需对新方案进行全尺寸原型的实验验证。具体研发技术问题包括:(1)氧化还原对在重复电压波动下的长期稳定性及其溶解性和可逆性:(2)低膜电阻甚至无膜系统;(3)电极反应动力学优化;(4)电解质/隔膜接触界面的优化;(5)环境可持续性研究;(6)毒性、可燃性等安全性研究。 

            产生的预期影响为:有助于实现SET-Plan设定的目标,到2030年储能成本将降至0.5欧元/千瓦时/周期以下,项目成果能够激励对低碳能源部门的投资,其长期目标是促进创新驱动的增长和固定式储能的产业竞争力,并有助于加速大量波动性可再生能源(尤其是太阳能和风能)与电力系统的整合。 

            5、先进锂离子电池的研究与创新(资助金额:3000万欧元) 

            开发下一代锂离子电池技术(主要是指以镍锰钴(NMC)为正极、Si/C为负极的电池),解决电池系统性能问题,开发相关监控系统/智能管理系统,考虑与用户接受度相关的重要参数(如用电成本、安全性、大功率充电、耐久性等)、环境可持续性(如节能制造、可回收性和再利用)以及大规模生产。具体研发重点有: 

            1)电池化学、形态学和结构研究,包括能量和功率密度最大化,减少关键原材料(特别是钴)的消耗,开发正极、负极和电解质材料的绿色生产工业和涂层工艺,从安全性、耐用性和功率容量方面改进电池、电池组和系统级电池的整体性能,化学和工艺的环境可持续性改进。 

            2)在电池或模块中开发智能微传感器和微电路,用于监测和诊断电池状态,通过先进电池管理进一步满足电动汽车使用要求(如使用情况、寿命、温度条件)。 

            3)开发先进的制造方法和设备,生产更薄的材料层,提高质量、品控和产量,从而提高密度并降低成本。 

            产生的预期影响有:推出具有市场竞争力的下一代锂离子电池,其能量密度至少达到750 Wh/L,封装成本降低至90欧元/千瓦时,快速充电能力达到2.5C以上,使用寿命至少满足2000个深度循环充电,同等能量密度下比镍钴锰电池至少节约20%的关键材料。 

            6、锂离子电池材料及输运过程建模(资助金额:1300万欧元) 

            欧盟缺乏大规模生产锂离子电池的技术和能力,传统电池设计方法无法满足设定的2025年第3代和第4代电池技术发展目标。面对这一挑战,主要从以下方面进行研发: 

            1)基于不同物理模型描述先进锂离子电池化学和三维结构中微结构的行为。新模型方法需考虑电化学反应、材料结构变化和性能老化问题。 

            2)系统化测量用于建模的基本参数如热系数、扩散系数和电导率等,建立可靠数据库。开发新的测量技术和方法以检测电极结构和电池机械应力、孔隙度和微观结构等在电池循环中发生的变化,确保模拟结果与实际电池电化学行为高度匹配。 

            3)制造具有独特特征的电池原型或组件,生成输入参数以初始化模型,并验证模拟模型的可用性。 

            4)电池测试和模型模拟的相关性验证,确定不同测试条件下模型的有效性和稳定性。 

            5)用于评估控制参数和模型稳定性的模型参数的灵敏度分析。 

            6)对电池生产进行模拟、研究和故障预测。 

            7)高度优化的电池(>300 Wh/kg)综合性能特性的模拟与实验研究。 

            8)功能衰减、老化和安全等方面电池耐久性验证的新方法。 

            产生的预期影响包括:(1)最多减少30%的电池开发时间和成本;(2)基于不同物理化学分析获得更好的设计优化;(3)将实验数量减少三倍;(4)将电池研发创新成本降低20% 

            7、锂离子电池生产试点网络(资助金额:200万欧元) 

            为了发展先进锂离子电池技术和制造工艺,欧盟各地建立了许多非工业试点,需在这一基础上建立锂离子电池试点网络,主要从以下方面开展活动:(1)确定欧盟锂离子电池试点在技术、生产规模测试和验证、专业知识和专业化方面的能力;(2)分析试点项目在技术范例和全球竞争中的能力和设备差距;(3)标准化数据交换平台以进一步提高欧洲的锂离子电池生产技术;(4)开发试点共享接口模型以及学术研究与工业生产合作模型;(5)制定通用合同以确保信息安全;(6)确定试点结果数据交换的可行性,开展能源和资源高效利用生产;(6)建立上述要点之后,在欧洲锂离子电池各试点中开展性能参数测试,开放外部访问以比较不同制备方法的优劣;(7)组织联合研讨会,创建相互学习和集中培训平台;(8)制定网络联合战略路线图,以实现电池技术从小规模试点到工业规模转化;(9)建立价值链上公共和私营利益相关者的网络,并对格式进行概念化,以提高网络的可见度。 

            产生的预期影响有:(1)进一步发展欧盟工业规模高性能低成本的锂离子电池生产技术;(2)更好地发挥试点的协同作用;(3)能够扩大欧盟锂离子电池专家规模;(4)确保利益相关者的公平竞争;(5)建立独特的销售模式以提高锂离子电池的生产效率;(6)实现价值链优化整合,促进领域创新进步。 

           

          信息来源:武汉文献情报中心https://mp.weixin.qq.com/s/b9IfE-aXZdsE2yBZ4Wy23g

           
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