Canadian Academy of Engineering, Leo International Chief Scientist Zhang Jiujun: de sleutel tot de ontwikkeling van zonne-energieopslag
Dec 08, 2017
Op 8 december 2017 hield Zhang Jiujun, Academicus van de Canadese Academie van Engineering en Leoch International Chief Scientist, een toespraak getiteld "Solar Energy Storage and its related Electrochemical Energy Technology" op het Solar plus International Forum Shenzhen en de 12e jaarlijkse bijeenkomst van Nieuwe thema's delen van energietechnologie. Het volgende is het record van de vergadering:
In 2016 bereikte de investering in zonne-energie 442 miljard
Op dit moment heeft de ontwikkeling van nieuwe energie twee belangrijke drijvende krachten. Ten eerste moeten menselijke ontwikkeling en duurzaamheid energie hebben en nieuwe energie en schone energie zijn. Ten tweede moeten menselijke wezens een schoon milieu hebben voor duurzame ontwikkeling. Solar onuitputtelijk, als een nieuwe energie met natuurlijke en ongeëvenaarde voordelen.
Waarom nieuwe energie ontwikkelen? In feite zijn er twee drijvende krachten achter deze eerste drijvende kracht is de ontwikkeling van de mensheid en duurzaamheid moet energie hebben, en is ook nieuwe energie, schone energie. Ten tweede moet er voor de mensheid een duurzame omgeving zijn om duurzame ontwikkeling te bereiken. Tegenwoordig is de luchtvervuiling in veel steden zo ernstig dat dit niet werkt. Onze waterkwaliteit is ook ernstig vervuild. Dit is niet duurzaam. Daarom zijn er twee belangrijke drijvende krachten die de mensheid op aarde nieuwe energie laten ontwikkelen.
Wat zijn de bronnen van energie? Hier staan twee hoofdcategorieën energie vermeld. De eerste is Hernieuwbare energie, die ofwel schoon of duurzaam is, inclusief waterkracht, zonne-energie, biomassa, wind, geothermie, enzovoort. De tweede categorie is fossiele energie, wat niet-hernieuwbare energie is, met iets minder, inclusief aardgas, olie en kernenergie.
Als we nieuwe energiebronnen ontwikkelen, de eerste is de zonne-energie, we kijken naar de zonne-energie is wat voor soort situatie, hier is vermeld in verschillende regio's van de wereld, verschillende regio's van 2011 tot 2040 voorspelling zonne-energie generatie. We kunnen zien dat tegen 2040 de zonne-energie op aarde 1 biljoen kilowatt elektriciteit per jaar zal uitstoten, wat overeenkomt met 10-12 keer het vermogen van de waterkrachtcentrale Three Gorges.
Op dit moment moet de algehele omzetting van zonne-energie nog worden verbeterd. Het huidige zonnepaneel dat we gebruiken is ongeveer 18% -23% conversie-efficiëntie, natuurlijk kunnen sommige laboratoria meer doen.
In 2016 is de wereldwijde investering in R & D van hernieuwbare energietechnologieën erg groot, inclusief zonne-energie, windenergie en bio-energie. Op het gebied van zonne-energie investeringen bereikt 442 miljard yuan, dat is een zeer groot aantal. China's zonne-energie is momenteel goed voor 40% van de zonne-energie in de wereld.
Laten we naar de huidige nieuwe energiebronnenrekening kijken voor de totale hoeveelheid energie die we gebruiken, hier som ik er een paar op, hier kunnen we zien dat 26% van de huidige brandende energie aardgas is, 36% is olie en 8% is nucleair energie, waarvan zonne-energie 20% vertegenwoordigt en duurzame energie slechts 9%. Is een klein onderdeel. Op dit moment is onze zonne-energie goed voor slechts 2% van de totale energie, dus dit is een zeer klein deel.
We weten dat zonne-energie een duurzame energiebron is. Waarom is de ontwikkeling zo traag? We kunnen zien dat er hier een paar grote uitdagingen zijn. De eerste is dat zonne-energie of windenergie onstabiel is. Het kan bijvoorbeeld elektriciteit opwekken als er zon is, als de zon laag is, is de lichtintensiteit niet hetzelfde. De elektriciteit die het verzendt is niet erg soepel. In tegenstelling tot de traditionele energieopwekking is de opgewekte elektriciteit hetzelfde. De zonne-energie-opwekking verandert met de tijd en is als een geluid. Evenzo, als je het niet glad maakt, is het een verspilling van elektriciteit. Dit is het punt dat het onstabiel en niet betrouwbaar genoeg is. De tweede uitdaging is de distributie van elektriciteit, transport is ook erg moeilijk. De derde uitdaging, vanwege de twee vorige vragen, is dat wanneer de elektriciteit naar het elektriciteitsnet gaat, als hij niet soepel is, hij je niet naar binnen zal laten gaan. De vierde uitdaging, de investering in zonne-energiecentrales, is groot, het rendement van de investering is relatief laag, het rendement van de investering lang.
Om deze vier punten te overwinnen, moeten we een technologie voor energieopslag ontwikkelen die zonne- en windenergie in een energiebron omzet en deze gebruikt. De enige manier om een soepele elektrische energie te hebben om van binnen te verliezen. Daarom moet energieopslag worden ontwikkeld. Energieopslag is momenteel vereist op het gebied van zonne-energie of windenergie.
Welke energieopslagmethode kiezen?
Wat is de huidige technologie voor energieopslag? Hier vermeld verschillende, de eerste is elektrochemische opslag van energie, lithium-ion batterij in de telefoon is deze manier van opslaan van energie. Loodzuurbatterijen, lithiumbatterijen, die elektrochemische technologie worden genoemd, de zonne-energie in de batterijreserve omhoog, wanneer u de elektriciteit moet vrijmaken, is deze release zeer soepel. De tweede is de vliegwielen, dit is niet veel te zeggen, en de derde is perslucht, de luchtdruk naar een diepe ondergrondse plaats, wanneer gebruikt om hem vrij te geven, met behulp van mechanische energie, natuurlijk, deze efficiëntie is erg laag. De vierde is wanneer het waterkrachtcentrale geen elektriciteit nodig heeft, maar ook om af te tappen, het water door het haar van de elektriciteit in een subreservoir naar binnen wordt getrokken en vervolgens wanneer de elektriciteit wordt opgewekt. Op deze manier is elektrochemische energieopslag de meest betrouwbare manier en de meest effectieve manier.
We kijken naar de elektrochemische opslag van wat voor soort, ik vermeldde ongeveer 10 soorten, in feite niet beperkt tot deze 10 soorten, waaronder lithiumbatterijen, lood-zuur batterijen, brandstofcellen, geëlektrolyseerd water, etc., dit zijn de elektrochemische opslag Kan batterij . In het grote raster, het toekomstige smart grid, wordt de batterij een kerneenheid. Nu in de ontwikkeling van micro-grid, wat belangrijker is elektrochemische elementen.
Dit is een boek dat ik de afgelopen tien jaar samen met mijn postdocs, leraren, vrienden en collega's heb samengesteld. Al deze elektrochemische energiebronnen zijn opgenomen in dit boek. Elk boek behandelt een techniek waarbij iedereen zich voelt Als je geïnteresseerd bent, kun je op internet surfen en ongeveer 20 boeken lezen.
Ik zal in detail ingaan op de voordelen van verschillende batterijen en de problemen ervan. De eerste is momenteel de voorhoede van de ontwikkeling, maar is nog niet gecommercialiseerd, is de vloeibare aluminium batterij, die de energie in de elektrolyt opslaat, het kan willekeurig zijn elektrolyt, elektrochemisch actief materiaal in de elektrolyt, niet in de batterij, vergroten. heeft dergelijke voordelen. De huidige ontwikkeling is zeer snel, in dit gebied is de belangrijkste onderzoeksrichting de ontwikkeling van nieuwe materialen, waaronder elektrolytmaterialen, elektrodematerialen, membraanmaterialen, verhoging van de energiedichtheid en verhoging van de levensverwachting, en vervolgens het systeem om te optimaliseren, Verminderen de prijs van materialen, dat is een vloeibare aluminium batterij.
De tweede is de aluminium-ionenbatterij. Op dit moment worden veel aluminium-ionbatterijen die niet in auto's kunnen worden gebruikt, nog steeds ten minste 70% of 70% gebruikt voor energieopslag. De voordelen van aluminium-ionbatterijen zijn de energiedichtheid en de functionele dichtheid is hoog, de levensverwachting voor energieopslag is redelijk goed, maar het heeft ook zijn problemen, als het in de auto wordt gebruikt, is het leven niet lang genoeg, het andere is het beveiligingsprobleem, nu gebruiken we een vloeibare aluminium ionenbatterij, dus hier is het gebruik van vloeibare elektrolyt, wanneer we dat doen, vooral wanneer de hoge stroomontlading hoge koorts kan veroorzaken, als de hitte niet uit kan gaan, zal het branden of ontploffen. In het bijzonder moeten we nu een ternair systeem ontwikkelen. De activiteit van het ternaire systeem is erg hoog. Als iets te actief is, zal de stabiliteit ervan slecht zijn. Op dit moment is het het meest gebruikt in nieuwe energievoertuigen, natuurlijk zijn er veel energieopslag nu in gebruik. De belangrijkste onderzoeksrichting, nu de energiedichtheid van de aluminium-ionenbatterij, heeft een knelpunt bereikt, hoe de energiedichtheid kan worden verhoogd, hoe de levensduur kan worden verlengd, maar ook de behoefte aan verdere ontwikkeling van nieuwe materialen, evenals de optimalisatie van de elektrode laag, dat is een aluminium ionenbatterij.
Hier is een deel van het werk dat we deden met aluminium-ionbatterijen, die sommige nanomaterialen synthetiseerden als het kathodemateriaal voor aluminium-ionbatterijen.
De derde is loodzwavelzuuraccu's, de accu is nu de hoofdactiviteit van Leoch International, loodzuuraccu's blijken het meest betrouwbaar, de meest commercieel beschikbare energieopslag, grootschalig, middelgroot, kleinschaliger zijn betrouwbaarder, dit Er zijn verschillende voordelen van lood-zuur batterijen, de eerste is goedkoper, we ontwikkelen nu elke batterij zijn geen lood-zuur batterijen goedkoper, de tweede is veiligheid, het is veiliger dan aluminium-ion batterijen, daar heb je nog nooit van gehoord lood-zuur batterijen in brand of de explosie van aluminium-ion batterij naar de grond na de val, misschien exploderen, maar hoe de lood-zuur batterijen vallen niet exploderen, dus het is veilig. De derde is dat de totale lood-zuur batterij materialen volledig kunnen worden gerecycled, het batterijverlies, ik kan alle materialen weer terugzetten om opnieuw te gebruiken, het voordeel is dat andere batterijen dat niet kunnen.
Daarom zijn lood-zuur batterijen de meest succesvolle en betrouwbare manier die momenteel beschikbaar is in energieopslag, vooral in nieuwe energieopslag. We zijn bezig met de ontwikkeling van nieuwe energieopslag om lood-zuur batterijen te ontwikkelen, hoe de ontwikkeling van lood-zuur batterijen? Er zijn verschillende aspecten, de energiedichtheid is niet hoog genoeg, dus de eerste is om elektrodecomponenten, de actieve ingrediënt Optimaliseren, wat koolstof toevoegen, enz. De tweede is om het licht te maken, de hoeveelheid lood te verminderen, de leiding in een koolstof netwerk. De derde is om een elektrode te verwijderen, er zijn dergelijke drie lood-zuur batterijen onderzoek. Loodzuurbatterijen als deze een energiedichtheid van ongeveer 80 kunnen bereiken, kunnen we veel batterijen vervangen.
De andere is een supercondensator, die ook een methode voor energieopslag is, we hebben gehoord van supercondensator, het grootste voordeel is dat de laad- en ontlaadtijd bijzonder snel is, je kunt in seconden afwerken, de vermogensdichtheid is erg hoog, maar De energiedichtheid is erg laag, dus de supercondensator moet ook worden ontwikkeld. Een daarvan is om het te gebruiken voor een slecht leven. De tweede is de hoge industriële dichtheid, die kan worden gebruikt om de energiedichtheid te verhogen.
Een andere richting is de elektrolyse van water, de elektriciteit die wordt uitgestraald door de zonne-energie, het water in waterstofafbraak, waterstof zelf is een drager van energie, we gebruiken waterstofgas door de brandstofcel in elektriciteit, zodat een energieopslag wordt beoogd. Op dit moment is de energie-efficiëntie echter relatief laag en de technologie is nog steeds relatief volwassen. Daarom is dit ook een hotspot voor energieopslag.
Daarnaast wil ik het hebben over kooldioxide en elektrochemische reductie, en nu hebben we veel koolstofdioxide-rijen, kan de kooldioxide door elektrochemische methoden, via elektriciteit, in bruikbare kleine moleculen, tot mierenzuur, methanol, enz., Dus om het effect van energieopslag te bereiken en een ander doel te bereiken om de uitstoot van koolstofdioxide te verminderen. Op dit moment doet Canada ook veel werk op dit gebied. De uitdaging is nu dat katalysatoren een korte levensverwachting hebben. Op dit moment is dit ook de focus van ons onderzoek en het onderzoek dat momenteel wordt ondersteund door het ministerie van Wetenschap en Technologie van China. Dit is een manier om strategische perspectieven op de lange termijn te hebben.
Energie-opslagmarkt op het einde hoeveel?
Wat is de huidige marktomvang van energieopslag? We hebben hier een paar genoemd, een is de vloeibare aluminium batterij, dan is de aluminium-ion batterij, er zijn lood-zuur batterijen en super condensatoren, we kunnen zien dat tegen 2025 de algemene marktsituatie, vloeibare aluminium batterijen waarschijnlijk 38 miljard zullen bereiken dollar, aluminium ion batterij kan bereiken 26 miljard dollar markt, lood-zuur batterij markt is nog steeds de grootste, tot bijna 40 miljard dollar in de markt, de super condensator is relatief kleiner, maar vergelijkbaar met de vloeibare aluminium batterij.
Daarom gebruiken we zonne-energie opslag-markt is een enorm potentieel, dus we niet alleen om zonne-energie te ontwikkelen, maar ook de ontwikkeling van energie-opslag, energie-opslag moet worden ontwikkeld.
