西安市高校科研人员“十年磨一剑”攻克世界级难题 可再生耐低温长寿命巨型“充电宝”实现量产

工作人员介绍电池的相关情况。(受访单位供图)

刘政在实验室里。(记者 任娜 摄)

　　“这是我们研发的绿色铅盐单液流储能电池，前面4个电堆是电池的发电部分，后面储液罐是电池的储能部分，电解液流经过电堆的时候实现电能转化，这样的设计有利于功率和储能两部分分开，便于模块化集成设计。”在西安理工大学刘政老师的实验室里，他向记者介绍了“可再生耐低温长寿命单液流储能电池项目”，用通俗的话来讲就是巨型“充电宝”。

　　该项目已落户秦创原立体联动孵化器总基地一年多，目前项目正在加速走向转化落地，为区域绿色清洁可再生能源产业发展助力。

　　面向市场需求

　　锚定“新能源存储”潜心研究

　　“新能源在发电过程中，受风的大小和光的强弱等因素影响，电压会出现波动。因此研发大功率大容量的长时储能电池来解决其发电品质不高、难以上网等问题很有意义。”谈起研发巨型“充电宝”的初衷，刘政说。

　　2007年，刘政毕业于英国谢菲尔德大学，获博士学位。2011年回国进入西安理工大学任教，从事绿色铅盐单液流储能电池研发工作。回国后，经过一年多的市场调研和技术交流，刘政发现，发展储能技术已成为可再生能源大规模接入电网的必然选择，同时也是智能微电网的重要技术之一，其发展迫在眉睫。

　　“科研不是闭门造车，要面向市场需求。”刘政说，解决储能电池的大规模、高效率、低成本、长寿命问题是未来的发展趋势和方向。“新型储能设施如同一个巨型‘充电宝’，是新型电力系统的重要技术和基础装备，对促进清洁电力消纳、保障电网安全运行、推进能源绿色低碳转型和高质量发展具有重要意义。”

　　“液流电池是将活性物质储存于水系电解液中，常压下工作没有燃烧爆炸的风险，完全符合储能的安全需求。”刘政介绍，“特别是铅盐单液流储能电池，不但安全性能特别好，还具备结构简单、耐季候性强、长寿命等优点。”经过多方考核，刘政最终确定将绿色铅盐单液流储能电池作为自己的研究方向。

　　攻克世界级难题

　　单一电解液双极性结构设计

　　在学校和学院大力支持下，2011年，刘政成立了液流储能电池研发团队，并于2012年建立了500Wh液流电池验证系统，研发了绿色铅盐液流储能电池电堆。

　　“最初面临并需要解决的问题就是如何提高液流电池的循环次数。”刘政说，为此他和团队师生到处走访调研、埋头阅读文献、扎根实验室做实验。这项工作最大的难题是根据电化学条件下金属共沉积原理，怎样抑制负极铅枝晶的生成，防止电池短路失效。尝试了上百种添加剂，都没有达到预期效果，需要自行合成配制。刘政说，“就跟‘配药’一样，要把不同的化学物质搭配进行合成制备，再实验测试其可行性。”经过上百种化学物质搭配，上千次实验验证，刘政团队最终合成一种无机非金属添加剂，使电池单次循环寿命从低于百次提高到千次，加上该电池具有可再生特性，总循环寿命可达万次以上。

　　液流电池的结构设计也是提高电池功率、容量的关键环节。刘政团队起初采用单一电解液体系/单极性结构设计来提供电池功率和容量。后来在实验中对产品多次改良，2017年，团队研制出“10kW/600Ah光伏/单液流电池储能离网运行系统”，通过合格验收，并在惠州大亚湾6KW试点风光互补储能系统应用示范，此研究成果首次攻克单一电解液双极性结构设计世界级难题。

　　随后团队又对电池耐温性进行科研攻关，经过百余次实验，终于调制出使液流电池耐极寒极热的“独特配方”。“我们研发的‘独特电解液’耐温配方，使电解熵减最低冰点温度达到-65℃，使熵增最高沸点温度达到+90℃，电池在-40℃-50℃正常运行，没有一点问题。”刘政说。其团队历时十年研发的一体化绿色铅盐单液流储能电池电堆，解决了电池耐极寒高温性及双极性结构等国际关键技术问题，发表相关领域的SCI论文16篇，获得核心发明专利8项。

　　从实验室走向市场

　　与本市一家企业签订订单

　　作为西安理工大学重点推介的科研转化项目，在学校技术研究院的引荐下，项目2022年6月落户秦创原总窗口，并成立西安秦源智科储能科技有限公司。刘政介绍说，西安秦源智科储能科技有限公司总经理赵云也是西安理工大学的校友。

　　“可再生耐低温长寿命单液流储能电池”产品，即巨型“充电宝”具有高安全性、耐腐蚀、低成本、维护简单便捷等优点，充放电次数可达1万次以上，远高于传统锂离子电池。采访中，赵云告诉记者，该项目应用前景广泛，产品主要定位于中、大型储能市场，可以应用于风能太阳能等可再生能源调峰储能、分布式电站储能市场、智能电网大规模储能市场和电网储能调频调峰市场等方面。

　　“通俗来说，我们的新型储能技术可以解决间歇性供电对电网稳定性的影响问题，同时还能解决边远地区照明、收看电视、房间供热等急切问题，具有广阔的市场前景。广泛应用于新能源发电配储、电网调峰调频、应急电源、电网容量调节等方面。”赵云说。

　　目前，项目已走向工业化量产。“我们与本市一家企业签订了400余万元的储能电池订单，产品即将交付。”赵云说，即将交付的产品可以让客户在电价低谷时一次储存4000度电，在电价高峰时使用。按照我市目前工业用电价格，可帮助客户每度电节约0.83元的使用成本。

　　秦创原携手高校院所

　　助力更多科研成果落地转化

　　“从2022年6月入驻到现在一年多了，从办公场所、财税和工商服务到知识产权申报、发展规划指导、展会推介，秦创原为我们这些初创企业提供了全链条全周期服务。”赵云说，“特别是这里聚集了大量高校项目，行业聚集可以形成上下游互补。我们就在同一个园区找到了一家电池检测企业，形成了配套合作，为企业节约了时间和资金成本。”

　　和刘政一样，西安理工大学很多老师始终围绕国家重大需求，坚持面向学术前沿，助力地方经济建设，用知识服务社会，取得了一批原创性和引领性科研成果，而这些科研成果则在秦创原的助力下加速落地转化，走向市场，服务社会发展。

　　持续优化科技创新生态，构建全链条全周期服务体系，秦创原正吸引着更多高校院所科技成果落地转化和推广应用。

　　记者了解到，目前仅西安理工大学就有29个团队获批秦创原春种基金项目或科技成果转化项目，获得各类投资过亿元。该校还与秦创原创新促进中心合作，在西咸新区共同建设2000平方米的创新创业平台，为学校科技成果在秦创原落地转化起到示范带动作用。 (记者 任娜)