风能:面临哪些挑战以及石墨烯如何应对这些挑战?

经过与聚合物和复合材料专业制造商合作多年的开发,Carbon Waters开发了一系列基于石墨烯的高性能添加剂,在这个专用的Graph’Up系列上进行的测试突显了热固性聚合物(环氧树脂)的机械性能的显着改善,已经与多家欧洲公司启动了资格认证阶段,特别是针对风力发电领域的应用。此外,Carbon Waters还与一家领先的特种聚合物公司启动了研发合作。目标是在非常特殊的聚合物系列中加入这一系列添加剂,以应对风能行业中使用的复合材料可回收性的挑战。

自20世纪90年代初以来,风力涡轮机,这些将风能转化为电能的现代风车,越来越多地出现在我们的景观中。作为能源转型的一部分,风力涡轮机市场正在不断增长,以提供更环保的能源并控制对环境的影响。据Ademe称,这种能源将是其整个生命周期中污染最少的能源之一。然而,该行业面临着一定的困难,特别是某些风力涡轮机部件的使用寿命和回收利用。Carbon Waters进行了盘点。

风力涡轮机带来显着的环境效益

如果风电场数量成倍增加,例如在法国,其发电量占总发电量的近10% ,这显然是为了发展可再生能源。无论是陆上还是海上,一台2兆瓦风力涡轮机每年平均发电4200兆瓦时,相当于法国约800个家庭的平均用电量。此外,根据国际能源署(IEA)的数据,风能有助于大幅减少CO2排放。2020年,风力发电避免了近1.7亿吨温室气体的排放。与核能或天然气等其他类型的能源生产不同,这种能源可以在不污染环境的情况下发电,从而保护动植物群。

风电行业存在的问题

尽管具有所有这些优势并且该行业蓬勃发展,但它仍然受到两个与组件寿命终止直接相关的困难的困扰:
1、叶片的可回收性:目前使用的复合材料(环氧树脂或聚酯树脂中混合的玻璃纤维和碳纤维)不可回收;
2、用于海上风力涡轮机的复合材料的脆弱性。

关于第一点,制造商(西门子能源、阿科玛)正在致力于生产用于海上风力涡轮机叶片的可回收树脂。西门子歌美飒 (Siemens Gamesa)是西门子能源集团旗下专注于风力发电的子公司,已经通过其RecyclableBlade系列提供解决方案。然而,对于陆上风力涡轮机来说,问题似乎更加复杂,该风力涡轮机由两部分组成,其胶接会在可回收性方面造成问题。

关于海上设备复合材料的脆弱性,当前发生的事件直接证明了这一点。最近,西门子歌美飒遭受了非常重大的财务损失。原因是技术问题,主要是叶片存在质量缺陷,导致断裂。全球第二大风力发电机制造商宣布,15%至30%的风电场将受到影响,即超过30GW的风力发电机,损失近30亿美元。该集团股价在股市也下跌超过30%。

石墨烯作为增强风力涡轮机并延长其使用寿命的解决方案

为了克服海上风力涡轮机的质量问题(顾名思义,海上风力涡轮机要承受恶劣的条件),可以采用解决方案来保持构成风力涡轮机的材料的完整性。为了增强由复合材料制成的风力涡轮机叶片的强度,同时提供极大的重量,石墨烯是理想的材料。美国凯斯西储大学的一项研究证明了碳在这两方面的有效性。用碳纳米管增强的叶片的强度是传统叶片的8倍,而且重量轻得多,从而可以减轻涡轮机的负载。对于海上设备,还必须考虑防腐因素。同样,石墨烯凭借其出色的阻隔性能,有助于保护材料免受氧化。以添加剂形式,它可以在风力涡轮机叶片的制造过程中直接融入树脂中。材料受到更好的保护,使用寿命更长。这些解决方案集成到风力涡轮机的复合材料中,可以减少某些风电场的更新,从而显着节省维护费用。

Graph’Up:基于石墨烯的高性能添加剂,适用于风能领域

经过与聚合物和复合材料专业制造商合作多年的开发,Carbon Waters开发了一系列基于石墨烯的高性能添加剂,可以直接应对这些挑战。因此,在这个专用的Graph’Up系列上进行的测试突显了热固性聚合物(环氧树脂)的机械性能的显着改善,包括在低浓度下:
1、牵引力和抗变形能力+30%;
2、刚性+50%;
3、+30°C耐温性(更多信息请垂询)。

此外,已经与多家欧洲公司启动了资格认证阶段,特别是针对风力发电领域的应用。此外,Carbon Waters还与一家领先的特种聚合物公司启动了研发合作。目标是在非常特殊的聚合物系列中加入这一系列添加剂,以应对风能行业中使用的复合材料可回收性的挑战。

信息来源:石墨烯网、Carbon Waters

航空:石墨烯如何应对该行业的挑战?

面对全球变暖,航空业面临着真正的环境危机,必须在2050年实现碳中和的目标,这对整个行业来说是一个巨大的挑战。

凭借其多种特性,石墨烯满足了解决航空领域问题的所有要求:通过减轻结构重量来实现脱碳,还具有其他性能,例如由于其导电性而具有防雷作用,由于其热特性而具有除霜作用甚至凭借其防腐蚀特性来保护设备。

重点关注航空领域脱碳的紧迫性以及石墨烯在更轻、更高效飞机上的应用。

航空脱碳:重大挑战
该飞机呈现出速度和飞行距离的独特组合。

然而,航空运输造成了全球约 3% 的 CO2排放量和近 6% 的全球变暖。

面对减少温室气体排放的迫切需要,国际民航组织( ICAO)190个成员国于2022年底采取措施,以期实现到2050年碳中和的目标。

为了实现这一目标,需要考虑几个点:

  • 使用可持续或替代燃料:农业燃料、氢气等。
  • 电力推进装置的发展
  • 使用新材料减轻设备重量并减少煤油消耗

关于“绿色”飞机的实施,即使用可持续燃料的电动或功能性飞机,该解决方案尚未完全可利用。一方面是因为开发仍在进行中,另一方面是因为相关成本仍然非常高(一吨 SAF(可持续航空燃料)的价格大约是一吨煤油的五倍)。

关于电动飞机,这里的主题也还没有相关性,因为开发需要大量时间,目前,与电池相关的飞机的超重不允许在 100 年内进行中长途飞行% 电力(来源:赛峰)。

然后,仍然需要实施更快、更便宜的解决方案:用先进、更高效和轻质的材料(例如石墨烯)取代传统材料。

石墨烯支持航空业脱碳

在轻量化方面,石墨烯可以减轻飞机的整体重量,从而大幅降低燃油消耗。Elmar Bonnacursot(石墨烯旗舰航空冠军)表示:“每减少一公斤,就可以节省 2 吨煤油,或者在飞机的整个使用寿命期间避免减少 6 吨 CO2。”

据石墨烯委员会称,石墨烯可使设备重量减轻 20-30%,而不会影响其他预期性能。此外,石墨烯已被证明可以使碳纤维增强塑料 (CFRP) 更轻、更强,同时提供更好的抗冲击性,抗冲击性提高约 60%。因此石墨烯是具有最佳质量/机械性能比的材料。

通过内部以及与多个合作伙伴和客户进行的测试,Carbon Waters 在航空领域广泛使用的聚合物上证明了这种潜力。这些结果使得我们能够通过Graph’Up Resist 和 Graph’Up Force系列提供改善复合材料热机械性能并应对减轻材料重量挑战的产品。

石墨烯为航空业带来多种优势

石墨烯在航空领域还有哪些其他优势?
除了石墨烯所允许的轻质性和机械增强性之外,它还具有其他优点,例如优异的导热性和导电性,可用于导电涂料等功能化涂料或改善传热流体的性能。石墨烯的多功能性使其成为解决航空领域各种问题的理想材料。

石墨烯作为防腐性能增强剂

此外,石墨烯是一种优异的防腐剂,可以延长涂层的使用寿命。Graph’Up Oxi系列专为此目的而设计。由于其阻隔性能,Graph’Up Oxi 添加剂可保护飞机的所有部件免受腐蚀,包括化学来源的部件(煤油、除冰剂等)。

单独使用时,它们可以在含有锌添加剂的配方中协同使用,最大限度地提高防腐性能。因此,涂层可以涂成更薄的层,进一步增加飞机的轻便性。

石墨烯作为集成除霜解决方案

通过焦耳效应,石墨烯提供了一种热电解决方案,可以防止或消除霜的出现,而不影响空气动力学特性。该领域已被多个参与者广泛研究,其中包括通过其先锋项目 (GICE)进行的石墨烯旗舰项目。该项目由空中客车公司和索纳卡公司牵头,即将完成,旨在将富含石墨烯的除冰系统提升至技术准备级别 6(TRL6)。

此类系统将可以避免在停机坪上使用乙二醇等化学除冰剂,这些化学除冰剂会导致飞机长时间固定在地面上。此外,用另一种除冰方法代替传统上使用的除冰器将避免化学物质释放到空气中,从而避免被附近的人(人员、旅行者、周围人群等)吸入。

石墨烯作为防雷保护器

目前,含有铜网的复合材料主要用于航空领域,以保护飞机免受雷击。这是一个有效的解决方案,但仍然存在一些缺点。首先,这些复合材料导致飞机总重量增加。其次,它们实施起来复杂且耗时,该过程难以自动化。

石墨烯是一种轻质材料,还具有优异的导电性,可以重新分配撞击点接收到的能量。这使其成为防雷系统的一个有趣的解决方案。通过用导电树脂(特别是石墨烯)取代复合材料中的铜网,飞机因此配备了更易于实施的防雷解决方案。

由于其多种特性,石墨烯有助于支持航空业实现碳中和的目标,同时提供该行业寻求的许多其他性能。除了本文详细介绍的应用之外,石墨烯还可以提高材料的防火性能,同时提供出色的导热性甚至 EMI屏蔽。

 

资讯汇总1.22

1、宝泰隆石墨烯产品入选2023年黑龙江省重点新产品

日前,黑龙江省工信厅发布了2023年黑龙江省重点新产品专家评审结果公示名单,宝泰隆新材料股份有限公司一项石墨烯新产品通过省重点新产品认定,充分展现出宝泰隆石墨烯产业发展的竞争优势和创新研发水平。

公开资料显示,宝泰隆是国内领先的石墨烯生产企业,也是国家石墨烯创新中心和北京石墨烯研究院发起股东之一。依托国家石墨烯创新中心、北京石墨烯研究院、黑龙江省液相法石墨烯制备及产业化应用研究重点实验室等科研矩阵,宝泰隆具有强大的研发实力和创新能力,先后参与起草石墨烯产业创新联盟团体标准1项,起草黑龙江省石墨烯监测地方标准3项。

(摘自中国网)

2、BGI中标“中国华能集团风电机组叶片除冰电加热设备”项目

近日,经过激烈竞标和严格评审,北京石墨烯研究院有限公司(BGI),成功中标“中国华能集团风电机组叶片除冰电加热设备”项目。

BGI团队一直努力探索如何利用蒙烯玻纤材料的独特电学热力学特性解决风电机组冬季叶片覆冰的难题。在2023年3月成功吊装了全球首台使用蒙烯玻纤材料的风电机组除冰叶片样机。此次中标后,BGI与华能集团清能院展开合作,共同研发解决叶片覆冰问题的高效电热解决方案。(摘自北京石墨烯研究院)

3、国家自然科学基金基础科学中心项目“石墨烯制备科学”2023年度总结会顺利举行

1月17日,国家自然科学基金基础科学中心项目“石墨烯制备科学”2023年度总结会在北京石墨烯研究院(BGI)举行。中国科学院原院长白春礼院士,徐春明院士,张锦院士,自然科学基金委交叉科学部副主任潘庆等出席会议。

潘庆副主任代表自然科学基金委交叉科学部发言。他指出,“石墨烯制备科学”作为交叉科学部资助的首批两个基础科学中心之一,实施两年来在基础研究和技术研发方面进展显著。项目组在石墨烯薄膜大面积快速生长工艺上实现了4-6英寸石墨烯单晶晶圆;针对新型石墨烯材料,形成了石墨烯玻璃纤维和金属复合纤维生长方法,以及高稳增长板块设计;针对应用牵引石墨烯材料,完成了发展高迁移率,功率可调和石墨烯制备迁移方法等,较好地完成了项目既定的阶段性任务。希望BGI项目团队在后续3年的工作中不忘初心,圆满完成计划书规定的任务。(摘自北京石墨烯研究院)

4、宇航派蒙石墨烯热管理应用研发及产业化入选山东省2024年省重大项目名单

近日,山东省政府下达了2024年省重大项目名单,其中,石墨烯联盟(CGIA)理事单位宇航派蒙石墨烯热管理应用研发及产业化项目赫然在列。这不仅是对项目的高度认可和大力支持,更是对宇航派蒙在石墨烯热管理领域的技术实力和产业化能力的肯定。

此项目,旨在进一步提升石墨烯热管理材料的性能指标,推动其在实际应用中的产业化进程。建成后,将成为全球最大的石墨烯热应用材料生产基地,具备年产150万方石墨烯发热膜及500万件套石墨烯智能发热终端系列产品的生产能力,在热管理应用研发及产业化角度引领行业发展方向、拓展新材料石墨烯的应用领域,不仅有助于提升国际竞争力,还将为当地的经济发展创造贡献。(摘自石墨烯联盟(CGIA))

5、未来生物技术中石墨烯的跨界融合创新应用技术研讨会成功举办

1月17日由中科院苏州纳米所、江苏省生物医学工程学会、常州大学、常州科教城管委会、常州市科协、常州西太湖管委会联合指导,江苏省石墨烯产业技术创新战略联盟、常州市新能源之都产科教联盟、常州市生物医学工程学会、常州大学医学与健康工程学院、江南石墨烯研究院、江苏省石墨烯创新中心联合主办、常州医疗器械产业研究院、西太湖健康产业发展中心、常州市武进区石墨烯产业联合会、常州市石墨烯产业科学技术协会、常州市新能源产科教联盟公共服务平台联合承办的“未来生物技术中石墨烯的跨界融合创新应用技术研讨会”在都喜富都滨湖酒店成功举办。

会议邀请了常州市生物技术、医疗大健康、石墨烯等相关企业代表参会,采取线上直播、线下互动的方式进行,共计200余人参加了活动。(摘自墨烯大联播)

6、国家石墨烯创新中心技术成果产业化对接会举行

为加快推进石墨烯创新成果产业化,加强石墨烯与宁波市相关产业融合发展,1月21日上午,国家石墨烯创新中心技术成果产业化对接会顺利举行。市委常委、常务副市长赵海滨牵头召集会议,宁波市大优强以及行业龙头企业代表参加。

现场,雅戈尔集团、方太厨具、公牛集团、灏钻科技、吉田科技等5家企业与石墨烯创新中心达成应用合作意向,并进行签约。市经信、市科技、宁波城投和镇海区领导,分别从如何实现从关键共性技术到推动技术成果转化和加速商业化的体制机制优化,深化基础科研攻关,聚焦关键领域环节,强化资源整合和项目落地等方面提出相关意见建议。(摘自国家石墨烯创新中心)

我国首台,正式发布!将打破依赖进口局面

1月20日,首台国产商业场发射透射电子显微镜TH-F120在广州市黄埔区正式发布。该透射电镜由生物岛实验室领衔研制,拥有自主知识产权,将打破国内透射电镜100%依赖进口的局面,标志着我国已掌握透射电镜用的电子枪等核心技术,并具备量产透射电镜整机产品的能力。

透射电镜具有极高的行业垄断性与技术门槛,国外等知名品牌企业占据着全球透射电镜市场的主要份额。此前,我国透射电镜100%依赖进口,国产化尚属空白。

TH-F120产品外观图。受访单位供图

此次推出的首款透射电镜新品TH-F120, 拥有自主研制的高亮度场发射电子枪,相比于同级进口产品的热发射电子枪,亮度更高,发射稳定性和相干性更优,匹配自主研制的电磁透镜系统,针对120kV成像平台特别优化电子光学设计,可为用户带来更佳的图像衬度和分辨率。自主研制的高稳定性低纹波高压电源,实现了高压自动控制,保证电子枪稳定发射。同时,标配自主研制的高像素CMOS相机,在低电子剂量的工况下仍可呈现丰富的样品细节。

该透射电镜将为我国在材料科学、生命科学、半导体工业等前沿科学及工业领域的高质量发展提供有力支撑。

来源:科技日报(记者 叶青)

近期多项石墨烯相关国家标准、团体标准公布

近期国家标准信息公共服务平台公布了两项有关石墨烯检测方法的国家标准,为《GB/T 43341-2023纳米技术 石墨烯的缺陷浓度测量 拉曼光谱法》、《GB/T 43598-2023纳米技术 石墨烯粉体氧含量和碳氧比的测定 X射线光电子能谱法》,归口单位为“全国纳米技术标准化技术委员会”,两项标准将与今年6、7月正式实施,均为推荐性标准。两项标准的实施将为石墨烯的生产和应用提供技术指导。

来源:国家标准信息公共服务平台https://std.samr.gov.cn/

此外在石墨烯相关团体标准方面,中关村石墨烯产业联盟和深圳市电源技术学会两个团体也各自发布3个团体标准,相关的标准均为石墨烯材料检测方法标准。

来源:国家标准信息公共服务平台https://std.samr.gov.cn/

资讯汇总1.15

1、福建出台《关于支持宁德市开发三都澳建设新能源新材料产业核心区的意见》

日前,福建省人民政府出台了《关于支持宁德市开发三都澳建设新能源新材料产业核心区的意见》,明确宁德市建设新能源新材料产业核心区的指导思想和主要目标,提出重点任务和保障措施。《意见》明确,到2025年,宁德市创新发展能力明显增强,产业竞争力显著提升,地区生产总值力争达5000亿元,工业产值突破万亿元。其中,四大主导产业产值突破9000亿元,产值超百亿元企业达18家以上,基本建成全国知名的新能源新材料产业核心区。三都澳港口开放开发、基础设施建设显著提速,公共服务、民生福祉显著提升,经济社会发展迈上新台阶。到2030年,宁德市地区生产总值力争达8000亿元,工业产值达1.5万亿元,现代化产业体系基本建成,全国知名的新能源新材料产业核心区地位进一步巩固。(摘自福建省人民政府网)

2、全国首家!国家石墨烯创新中心兴国石墨烯科技馆正式投用

1月6日,由国家石墨烯创新中心与江西省兴国县人民政府合作共建的兴国石墨烯科技馆历时40天建成并正式投用。

兴国石墨烯科技馆位于兴国县平固街(小城故事)历史文化街区,总建设面积约1500平方米。集“科普-体验-展销”为一体,馆内分为烯望厅、烯材厅、国创厅等10个主题展厅,分别展示石墨烯相关科普知识以及石墨烯领域最新技术应用成果。此外,馆内还配置话烯室、博士工作室等“体闲-会议-交流”空间,从不同视角演绎“让石墨烯走进生活“ 的精彩内容。(摘自国家石墨烯创新中心)

3、中日协同创新与合作发展论坛在京举办

9日,中日协同创新与合作发展论坛暨2023理创大赛总决赛在北京举办,在全国五大赛区挖掘出的15个创新“金种子”齐聚中关村进行路演比拼,推动前沿技术转移转化落地。四川帆皓光电科技公司的基于玻璃态石墨烯传感器的柔性体征监测智能贴片三个项目获得卓越创新奖。(摘自中新网北京新闻)

 

4、研究人员将煤炭转化为下一代电子设备使用的高纯度材料

伊利诺伊大学香槟分校、国家能源技术实验室、橡树岭国家实验室和台湾半导体制造公司(TSMC)联合开展的一项研究表明,煤炭在下一代电子设备中可以发挥重要作用。研究人员开发的加工技术可以将煤转化为只有几个原子厚的高纯度材料。它们独特的原子结构和特性非常适合制造一些性能优于最先进技术的最小电子器件。”

用肯塔基州东南部开采的蓝色宝石烟煤加工而成的高质量二维碳制造的含有忆阻器的晶片,图中展示了两个样品。资料来源:伊利诺伊大学香槟分校 Grainger 工程学院

NETL开发的一种工艺首先将煤炭转化为被称为”碳点”的纳米级碳盘,I.U.研究小组证明这种碳盘可以连接起来形成原子级薄膜,应用于二维晶体管和忆阻器,这些技术对于构建更先进的电子器件至关重要。这些成果发表在《通信工程》杂志上。(摘自cnBeta)

5、浙大高超团队:超高模量超高导热石墨烯纤维

浙江大学高分子系高超教授团队最新工作,提出“复合流场湿法纺丝”方法,纺丝的同时,引入径向的旋转流场,使原本径向无序分布的氧化石墨烯基元有序化排列,形成了同心圆的液晶织构,经过干燥和高温石墨化后处理,大幅增大纤维中晶区的三维尺寸,同时实现了纤维的超高导热和超高模量性能,导热率达1660 W/mK,杨氏模量达901GPa。

图1. 复合流场调控石墨烯纤维轴向和径向有序组装结构示意图。

相关成果以“Bidirectionally promoting assembly order for ultrastiff and highly thermally conductive graphene fibres”为题发表在《Nature Communications》。(摘自纳米高分子高超课题组)

6、深圳石墨烯创新中心有限公司检测中心荣获CNAS资质

近日深圳石墨烯创新中心有限公司检测中心实验室荣获CNAS(中国合格评定国家认可委员会)的认可,符合ISO/IEC 17025标准的要求,标志着我公司实验室在管理水平和技术能力上达到国际(内)同行业先进水平。(广东省石墨烯创新中心)

7、InBrain Neuroelectronics公司提出基于新型石墨烯晶体管的脑机接口

InBrain Neuroelectronics公司正在领导 GphT-BCI 项目,该公司认为该项目将彻底改变脑机接口(BCI)的前景。InBrain计划在该项目中使用一种新型石墨烯晶体管。这种基于石墨烯的晶体管已在临床前环境中得到验证,具有多路复用能力和跨频率灵敏度。它需要的导线更少,最大限度地减少了侵入性,并可集成到超软柔性基板中。

基于石墨烯的高分辨率大脑皮质界面。
[图片由InBrain Neuroelectronics提供]

Gpht-BCI不仅解决了当前BCI的局限性,还为进入BCI市场提供了一个战略性商业模式。它分为两个阶段推出产品,首先是神经手术前和术中急性脑图谱。第二阶段的目标是向具有超高分辨率解码能力的慢性 BCI 发展。其目标是帕金森病、癫痫和中风等神经学领域。(摘自脑机接口社区)

8、国家纳米中心在亚纳米材料普适性制备方面取得进展

近日,中国科学院国家纳米科学中心张勇团队与合作者提出了三元协同球磨方法,将球磨极限推进至亚纳米尺度,实现了亚纳米材料的普适制备。

该研究以石墨为研究对象,确立了三元协同球磨方法的普适性;同样操作,单次循环制备产率为2.3 wt%,所得亚纳米石墨烯横向尺寸约为0.54nm,厚度约为0.37nm,从而证实了其亚纳米尺度(破缺单胞状态)。考虑到上述制备策略的机械/力学属性以及单层石墨烯具有已知最高断裂强度,亚纳米石墨烯的成功制备证明了这一策略的高度普适性。亚纳米材料普适制备的实现,展示了自上而下物理制造的极限能力以及破缺晶格的真正潜力,为研究非平衡亚纳米材料的性质和相互作用奠定了重要基础,有望促进亚纳米材料的规模制备和全面开发。

相关研究成果分别以Sub-1 nm MoS2 and WS2 with extremely enhanced performance和Tailoring graphite into subnanometer graphene为题发表在《今日纳米》(Nano Today)和《先进材料》(Advanced Materials)上。研究工作得到国家自然科学基金,中国科学院战略性先导科技专项和国家重点研发计划等的支持。(摘自国家纳米科学中心)

 

三明科技信息所等来我院调研交流

1月9日,三明科技信息所所长邹璇、三明新能源研究院执行院长徐春三和福建云创集成科技服务有限公司执行董事庄承淮一行来永清院参观调研,并就产业科技创新平台建设和科技成果转化服务展开深度交流。创业服务中心、技术开发中心和营销中心相关人员参与交流会。

全球首批钠离子电池汽车下线!将与锂电池车展开差异化竞争,规模化应用尚待时日

钠离子电池的应用迎来新突破。

近日,中科海钠、江铃集团公司陆续宣布,搭载钠离子电池的新能源车型下线生产。2023年12月27日,中科海钠宣布与江淮钇为联合推出的钠电版花仙子电动车正式下线;2023年12月28日,孚能科技与江铃集团新能源汽车合作的,搭载钠离子电池的纯电A00级车型江铃易至EV3(青春版)正式下线。

据悉,这两款车型也成为了全球首批下线的钠离子电池汽车。《每日经济新闻》记者了解到,对比锂电池,钠离子电池有低温性能更好、价格更稳定、资源供应稳定等特点,目前宁德时代、蜂巢能源、中科海钠、孚能科技等多家企业均布局钠离子电池相关产业。

一位钠离子电池行业专业人士接受记者采访时表示,钠离子电池产品具备较大潜力。“续航耐低温、补能方式支持快充,且低温电容量表现不错。虽然当下对比锂电池产品,钠离子电池价格优势尚不明显,但此刻并不代表未来。未来钠离子电池也将会迎来规模化应用。”该名专业人士表示。

鑫椤锂电行业高级分析师张金惠向记者表示,现阶段,钠离子电池还是一个备份方案,当前供应链体系还没有建设好,成本下降曲线还没有开始,将来钠离子电池有机会比磷酸铁锂电池还便宜,应用空间在于取代部分铅酸电池市场、部分A级车的市场、还有储能市场。“有大约一半的锂电供应链企业切入钠电,过去10年锂电走过的降本路径,在钠电上估计5年就能走完。”张金惠预测。

多家企业布局钠离子电池

从两款搭载钠离子电池车型的续航设计上看,两者都聚焦在短途行驶上。

钠电版花仙子车型,配套的钠离子电芯为中科海钠ME12圆柱电芯,能量密度大于等于140Wh/kg。据工业和信息化部此前公告,钠电版花仙子车型为A00级车型,续航里程为252公里,售价暂未公布。江淮钇为预计将于2024年1月开始批量交付新车。

据悉,中科海钠近年来聚焦钠离子电池研发,与多家企业展开合作。例如,2023年4月份与楚能新能源股份有限公司签订战略合作框架协议,在钠离子电池新品研发、产品量产、市场推广、产业协同等方面展开合作。

图片来源:中科海钠官方微信公众号

江铃易至EV3(青春版)也为A00级车型,续航版本为251公里,孚能科技目前已投产的钠离子电池能量密度在140至160Wh/kg之间。孚能科技相关人士向记者表示,后续孚能科技不只针对乘用车市场推出钠离子电池产品,也在两轮车、储能等领域拓展客户,拓展钠离子电池的应用场景。

数据上看,对比大多数A00级别的锂电池车型,两款钠离子电池车型的续航尚存差距,但能量密度近乎相同。

据孚能科技相关人士介绍,除了层状氧化物路线,目前孚能科技也在预研普鲁士蓝、聚阴离子等其他技术路线。根据规划,孚能科技将于2024年推出第二代钠离子电池,能量密度将达到160~180Wh/kg;2026年,产品能量密度将进一步提升至180~200Wh/kg。

据记者不完全梳理,近年来宁德时代、比亚迪、鹏辉能源等多家企业均布局钠电池业务。例如,2023年11月,比亚迪旗下弗迪电池与淮海控股集团共同投资的钠电池项目签约,计划总投资100亿元,年产能30GWh,打造全球最大的微型车钠电系统配套。

除了四轮新能源汽车外,两轮电动车企业也进入了“钠电时代”。例如2023年3月份,天能股份发布新一代钠离子电池产品“天钠T1”系列模组,完成对多家一线二轮车企的送样。天能股份方面向记者表示,目前钠电池业务推进顺利,可关注后续动态。

“现阶段行业努力的方向是希望钠离子电池的能量密度能够接近磷酸铁锂电池,到同等电容量情况下,钠离子电池的价格优势就会体现出来。”前述专业人士表示,钠离子电池产品能不能规模应用,一定程度取决于碳酸锂价格,如果价格过低,钠离子电池的成本优势并不显著。

“钠离子电池的火热,跟碳酸锂价格的走高不无关系。”一位电池企业内部人士向记者表示,“市场最初开展钠离子电池研发,是因为碳酸锂价格居高不下,钠离子电池作为替代品在研发,但如果碳酸锂价格处在较低区间,钠离子电池的成本优势就不显著。”

据悉,2023年以来,电池级碳酸锂价格大幅震荡。4月份,碳酸锂价格首次跌破20万元/吨后,5月价格重回20万元/吨,6月中旬,碳酸锂价格达到年内31.5万元/吨的阶段性高点后,走势回落,在7月碳酸锂期货上市后价格加速下行。11月~12月,碳酸锂价格频频出现跌停、新低等情况,碳酸锂主力合约价格徘徊在10万元/吨。

前述电池企业内部人士向记者表示,如果碳酸锂价格在低位徘徊,钠离子电池的大范围应用可能不占优势。按照目前的粗略估算,钠离子电池乘用车成本与锂电池车型持平的话,碳酸锂价格要在15万元/吨左右。

钠离子电池规模化应用尚待时日

值得关注的是,记者通过多方采访了解到,虽然目前多家企业在钠离子电池研发上都有成果落地,但由于成本尚无优势等原因,并未推动大范围面市。

一家上市电池企业相关人士向记者表示:“实话实说,钠电池规模化应用的‘未来’很难去判断远或近,因为锂电的产业化已经经历了20多年的时间,近10年来更是越跑越快,至少从产业化层面上,钠电要达到锂电的规模还有待时日。”

不过,前述专业人士向记者表示,对比锂电池,钠离子电池的资源和价格是相对稳定的。钠离子电池的原材料,不会出现碳酸锂价格上涨至60万元/吨,下跌至10万元/吨的情况。在碳酸锂价格不稳定,产能受影响的时候,钠离子电池能起到供应上平衡的作用。

张金惠表示,钠离子电池目前更多的还是作为备份方案应用,成本当前是比磷酸铁锂贵,主要是因为供应链还没有建设好。不过,如果锂电核心成本碳酸锂价格涨幅过高,钠电应用就有市场空间了。

“要承认,当下钠离子电池成本相对磷酸铁锂电池并没有优势,但任何行业看的都不是此时此刻,而是长远的发展前景,未来也会是多种能源类型的百花齐放。”前述专业人士表示,钠离子电池成功上车就证实了技术路线的可行性,只是性价比还未迎来拐点。

华金证券此前发布研究报告显示,钠离子电池在原料成本、低温下的容量保持率、耐过放电性能优于磷酸铁锂电池,并且其各方面性能均超越铅酸电池,有望应用于电动两轮车(替代铅酸电池)、A00级别电动车及储能领域(替代磷酸铁锂电池)。据测算,全球钠离子电池的需求量有望从2023年3.6GWh增长至2025年65.8GWh,成长空间巨大。

“现阶段看起来,钠离子电池可能续航、价格优势都不显著,但不能因为产业‘跑得慢’就不做。”前述专业人士向记者说,此时此刻不行,但未来终端应用场景是乐观的,比如汽车、储能系统,都将会出现钠离子电池应用的身影。

图片来源:企业供图

储能应用方面,记者从兴储世纪也了解到,2023年12月,兴储世纪500kW/1MWh钠电光储充一体化示范项目一期工程50kW/105kWh在自贡成功投运,成为四川省首个成功投运的钠电储能示范项目。

根据EV Tank发布的《中国钠离子电池行业发展白皮书(2023年)》,钠离子电池产业链将在2023年和2024年完成客户的产品验证、良品率的提升、产业链各环节的培养,以及示范项目的推广,预计将在2025年真正体现钠离子电池的成本优势,实现真正经济学意义上的产业化发展。

前述上市电池企业相关人士向记者表示,理论上,锂电其实也没有完全成熟,因为距离最终的“理想”电池还有一定的距离。钠离子电池也是如此。该名内部人士向记者表示:“但不管是动力电池还是储能,整个市场规模很大的同时,细分市场也很多,我认为不存在某种通用产品可以通吃整个市场,钠电可以在某些细分市场实现应用,从而推动产业化的进程。考虑到锂资源分布和供需的不平衡,在某些极端情况下,钠电会有较好的保障。”

 

文章来源《每日经济新闻》

神行、乾坤、凤凰、金钟罩…… 2023年国内电池创新技术盘点

安全性、能量密度、快充性能、减重成为电池创新四大方向。
2023年,来自电芯材料、结构技术创新加快,从电池厂商到车企,电池产品的更新速度亦在加快。回顾2023年锂电产业发展,产能的结构性过剩带来行业周期性风险,下游对安全性、能量密度、循环寿命、快充等综合性能的永恒追求,倒逼着动力电池系统领域的创新求变。

据高工锂电不完全梳理,2023年以来,国内电芯厂商、车企已经发布至少十款新的电池技术。从创新层面,既包括PACK领域的技术创新,也包括结构领域的创新,同时还包括正负等电化学材料领域的创新。

从上述创新电池产品的发布时间来看,集中在今年4月和11月前后,即上海车展和广州车展前后。

从产品的创新特点来看,不同电池大厂产品各具“卖点”,起名也颇具“江湖”气息。如巨湾技研的凤凰电池,主要聚焦于快充领域,尤其是为4C以上的高比能电池提供极致的补能和热管理能力;如华为的巨鲸电池则采用高集成极简电路设计,线束减少80%,面向800V高压平台;另一部分如极氪的金砖电池,聚焦于体积利用率的极致提升,利用率达到83.7%。

不过总体来看,电池技术创新的最终目的始终是满足下游迭代的市场需求。具高工锂电不完全统计,在2023年已公布的近20款电池新品中,各大电芯厂商、车企的技术创新产品也聚焦在四大关键词。

第一个是安全性。安全性是汽车电动化绕不开的话题,也是电芯化学体系和物理结构变革的基础。从上述各大电芯厂商、车企带来的创新产品来看,安全性都放在了核心的关键位置。

如广汽埃安的弹匣电池、长安汽车的金钟罩电池在阻热材料和灭火系统上均有创新;宁德时代凝聚态电池则针对电芯内部的电化学材料进行分子结构的处理,有效抑制热失控带来的膨胀、爆炸风险。

第二个是能量密度。解决用户的续航里程关乎进一步提升新能源汽车渗透率。从今年新发布的电池技术来看,从宁德时代、中创新航、欣旺达等电芯企业,到长安、广汽等车企,再到华为这一类跨界企业,在三元和铁锂上进行能量密度突破是共同追求。

今年4月份宁德时代凝聚态电池可适配硅基负极材料和高镍三元材料,能量密度可突破500Wh/kg,已达到航空级别的能量密度。

第三个是快充性能。补能问题是电车续航里程的另一大补充。在快充性能上,华为的巨鲸电池采用800V电压平台,可支持15分钟充电续航400公里;欣旺达快充电池可支持10分钟充电至80%;宁德时代神行电池作为全球首个磷酸铁锂4C快充电池,支持充电10分钟续航400公里。

第四个是减重。基于电池物理结构设计创新,持续减轻电池包的体积重量,减少不必要的零部件和辅材,可促进电动汽车轻量化,并进一步提升电池的续航里程。对于减重设计除了提升体积利用率,值得关注的就是电芯厂商和车企采用CTP等技术实现电芯与车身的一体化。

其中,亿纬锂能π电池基于CTP集成技术,配合新型材料可使电池系统减重10%,实现“小空间、低重量、高续航”;长安汽车金钟罩电池采用CTV车身电池一体化技术,集成效率大于86%。

1、弹匣电池2.0-广汽埃安

12月12日,广汽埃安旗下因湃电池智能生态工厂正式竣工投产,同时发布弹匣电池2.0新突破——P58微晶超能电池,具有高安全、高性能、长寿命,电芯针刺不冒烟不起火

在电芯安全方面,P58微晶超能电芯基于高稳定的磷酸铁锂正极化学体系、纳米陶瓷/耐高温聚合物复合涂覆隔膜、高安全电解液等技术应用,可实现电芯针刺过程中不冒烟、不起火,温升小于1℃;在高强度挤压下不失效,耐压能力超过 1200kN,变形量耐受能力达到45%,分别超出国标要求的12倍和3倍。

2、蜂速短刀-蜂巢能源

12月12日,在蜂巢能源第四届电池日发布会上,蜂巢能源董事长兼CEO杨红新率先宣布,蜂巢能源将正式迈入“全域短刀,全面进化”的新阶段。本次发布会上,蜂巢能源全球首发蜂速超快充磷酸铁锂短刀电池,覆盖L400-L600短刀尺寸,充电范围3C-4C,电压范围覆盖400V-900V,适用于A0-C级车型。

按照规划,蜂巢能源L600蜂速快充铁锂短刀,将在400V平台下,推出满足A0/A级亲民车型入门级里程。采用133Ah容量设计,3C快充效率,满足600+公里续航,预计2024年Q3量产。L400蜂速快充铁锂短刀,准800V支持A级主流续航,纯800V支持B+级主流续航。采用105Ah容量设计,4C快充效率,满足600+公里续航,预计2024年Q4量产。

3、金砖电池-极氪

12月14日极氪能源日上,极氪汽车发布了金砖电池,该电池最高充电功率可达500kW,最大充电倍率4.5C,充电15分钟续航可增加超过500km。金砖电池将首搭在即将上市的极氪007上。

金砖电池采用了三项创新功能,并应用一体化液冷托盘、航空级超薄热阻隔材料,体积利用率可达83.7%。线束总长度减少157m,核心零部件数量减少35%,电池质量能量密度可以增加10%。

4、金钟罩电池-长安汽车

在11月17日开幕的广州国际车展上,长安汽车总裁王俊揭晓了长安汽车进军电池行业的“进阶路线图”,带来了全新电池品牌——金钟罩。据悉,中国汽研对长安“金钟罩”电池采用了更加严格的标准,将电池包浸泡时长延长到了60分钟,该电池在2倍于国标标准的测试中没有发生起火或爆炸,顺利通过测试。

5、超充电池-力神电池

11月15日,力神电池发布超充铁锂电池。此款电芯采用材料级配技术、低迂曲度技术及充电策略技术,电池容量104Ah,能量密度180Wh/kg,可实现4.2C峰值充电、10min补电80%SOC,解决用户充电焦虑,快充循环达3000次以上,满足8年80万公里的长寿命使用需求。

6、巨鲸电池-华为

11月9日,伴随着智界S7的发布,华为带来了全新的“巨鲸”800V高压电池平台。“巨鲸”电池包采用了超高集成度和极简电路,线束减少了80%,配合华为自研的电控管理系统,可以做到单电芯热失控不蔓延,而且该电池还具备自动预警、毫秒断电、主动冷却、无障碍排气等功能。

7、竹藤电池-创明新能源

9月20日,创明新能源“化学造物·师法自然”新品发布会于四川绵阳盛大召开,发布会上创明新能源“竹藤电池计划”全面启动,全球首发一体集成竹藤电池CTP1.0。

创明发布的46120竹藤储能电池,采用极简模块化设计,结构件高度集成,因无需绝缘用纤维板以及固定钣金,大幅降低材料成本,其模组材料成本相对传统方形降低15%;46120竹藤储能电池使了用CCS集成母排设计(Cell Contact System),信号采集传输稳定,加工自动化程度高。加之PET+FPC集成,竹藤电池整体具有尺寸薄、质量轻的特征。

8、神行电池-宁德时代

2023年8月16日,宁德时代正式披露神行电池。该电池可支持充电10分钟,续航800公里,实现-10℃低温条件下30分钟充电至80%。

据悉,宁德时代神行电池也是全球首款采用磷酸铁锂材料并可实现大规模量产的4C超充电池。该电池采用超电子网正极技术、石墨快离子环技术、超高导电解液配方、超薄SEI膜、高孔隙率隔离膜,在CTP3.0结构基础上提出一体化成组技术,最大化发挥整包空间利用率。

9、辰星电池-兰钧新能源

8月,兰钧新能源基于“辰星”技术下推出了BTL大圆柱电池,产品型号主打46系,包括4680、4695、46105、46120等不同尺寸。从应用场景来看,兰钧新能源大圆柱电池主要配套乘用车,具备高容量、快充两大优势,能量密度可达280Wh/kg,快充时间可控制在15分钟以内。

性能提升方面,兰钧新能源通过多维降阻技术、呼吸式电解液补液技术、稳定且具备成本优势的高镍正极材料导入,以提升大圆柱电池的循环寿命及能量密度。

安全方面,兰钧新能源通过电芯、系统两大层级综合保障了大圆柱电池的安全性能。电芯主材采用了AAS包覆方式,改善了电池的产气问题;系统层面,兰钧新能源从侧碰安全、底部球击安全、热电分离、抑制热蔓延等方面构筑了安全高墙。

10、凤凰电池-巨湾技研

2023年6月6日,巨湾技研发布了巨湾凤凰电池,该电池集成材料、电化学、结构和控制等领域最新的科技创新成果,使电动汽车具备在全天候(高低温)条件下均如常运行并在300~1000伏不同电压平台上均可实现最高8C极速充电的能力,0-80%充电时间仅为7.5分钟。

11、π电池-亿纬锂能

亿纬锂能的“π”电池系统具有9分钟快充能力和立体传热技术,有效解决快充发热问题。在CTP集成技术基础上应用新型材料,使系统减重10%,实现小空间、低重量、高续航。

电池搭载“π”型冷却技术,在电芯顶部及左右两侧构建了传热通道,实现三维立体传热,较传统的冷却技术提升2.7倍,解决快充发热问题。据了解,该电池可极速泄压,5秒内可排出75%热晗,泄压阀面积占比达42.5%,较方形电芯提升3倍。

12、全极耳电池-比克电池

在CIBF2023期间,比克电池推出比克全极耳2170电芯系列产品。此次展出的2170系列产品,采用全极耳结构的创新设计,在兼顾能量密度和容量的基础上,有效降低了电芯阻抗并提升了功率性能。

比克全极耳2170电芯具有223Wh/Kg的能量密度,可支持50A大电流持续放电及140A脉冲放电。该电芯在快充方面支持13.5A快充,在循环寿命方面更是支持50A大倍率放电500圈。同时,全极耳2170电芯在低温使用能力方面可支持-40℃条件下放电,保障了在极端环境下的正常使用。

13、乾坤电池-正力新能

5月9日,正力新能在江苏常熟总部举行发布会,推出多项新技术、新产品,其中就包括乾坤电池。乾坤电池应用了正力新能自主研发的极柱冷却、榫卯卡接、热电分离、高度集成等多项技术,具备高安全、高能量密度、超快充、可拆卸、全生命周期维护成本低等特点。

另外,乾坤电池底部采取极柱冷却技术,双面水冷,以解决快充时的升温问题,支持超快充。

14、凝聚态电池-宁德时代

4月19日,宁德时代发布凝聚态电池,该电池采用高动力仿生凝聚态电解质,通过构建微米级自适应网状结构调节链间相互作用力,增强微观结构稳定性的同时提升电池动力学性能和锂离子运输效率。能量密度上,宁德时代凝聚态电池突破500Wh/kg,已经达到准航空级别电池的能量密度标准。

15、问顶电池-瑞浦兰钧

在今年4月的上海车展上,瑞浦兰钧首发问顶电池系列产品。问顶电池创新之处在于缩短极耳长度,改变其与转接片的连接方式,采用一体化焊接技术,使得电芯体部结构实现了一体化的连接,把原有的顶空间由15毫米缩减到了8毫米,使空间利用率有效提升7%以上。电芯通用技术可使磷酸铁锂电池续航里程700公里,使中镍三元电池续航里程超1000公里,高镍三元动力电池则有望超1200公里。

16、顶流电池-中创新航

中创新航在2023中国电动汽车百人会论坛上,对外正式发布“顶流”46大圆柱电池。“顶流”圆柱电池是基于中创新航One-Stop(OS)极简设计的又一次创新,通过自研结构创新与化学体系创新研发而成。采用了行业首发顶流结构与原创“极质”电解液技术,结构内阻相较于全极耳结构下降50%。采用高镍三元+石墨体系,电芯能量密度300Wh/kg,可满足6C快充应用场景。

17、闪充电池-欣旺达

欣旺达在4月上海车展上发布了闪充电池。据悉,“闪充电池”共有方形、大圆柱两种解决方案。其中,方型电池解决方案可以做到闪充,10分钟可从20%充电至80%的SOC。方型闪充电池2.0可搭配系统倒置/热电分离等设计方案,充电5分钟续驶250+公里。圆柱电池解决方案急速快充,10-15分钟可充电至80%SOC,轻松实现1000+公里续航。电池系统具备高兼容性和高适配性,适配不同包络兼容CTB方案。

本文来源高工锂电(微信号:weixin-gg-lb):神行、乾坤、凤凰、金钟罩…… 2023年国内电池创新技术盘点