Kanadische Akademie der Technik, Leo International Chief Scientist Zhang Jiujun: der Schlüssel zur Entwicklung von Solarspeicher
Dec 08, 2017
Am 8. Dezember 2017 hielt Zhang Jiujun, Akademiemitglied der Canadian Academy of Engineering und Leoch International Chief Scientist, eine Rede mit dem Titel "Solarenergiespeicher und seine verwandte elektrochemische Energietechnologie" auf dem Solar plus International Forum Shenzhen und der 12. Jahrestagung der Neues Energietechnologie-Theme-Sharing. Das Folgende ist das Protokoll des Treffens:
Im Jahr 2016 betrug die Investition in Solarenergie 442 Milliarden
Gegenwärtig hat die Entwicklung neuer Energie zwei Hauptantriebskräfte. Erstens müssen menschliche Entwicklung und Nachhaltigkeit Energie haben und neue Energie und saubere Energie sein. Zweitens müssen Menschen eine saubere Umwelt für eine nachhaltige Entwicklung haben. Solar unerschöpflich, als neue Energie mit natürlichen und beispiellosen Vorteilen.
Warum neue Energie entwickeln? In der Tat gibt es zwei treibende Kräfte hinter dieser ersten treibenden Kraft ist die Entwicklung der Menschheit und Nachhaltigkeit muss Energie haben, und ist auch neue Energie, saubere Energie. Zweitens muss die Umwelt sauber sein, damit die Menschheit eine nachhaltige Entwicklung erreichen kann. Heutzutage ist die Luftverschmutzung in vielen Städten so stark, dass dies nicht funktioniert. Unsere Wasserqualität ist ebenfalls stark verschmutzt. Dies ist nicht nachhaltig. Daher gibt es zwei wichtige treibende Kräfte, die die Menschheit auf der Erde dazu bringen, neue Energie zu entwickeln.
Was sind die Energiequellen? Es gibt zwei Hauptkategorien von Energie, die hier aufgelistet sind. Die erste ist erneuerbare Energie, die entweder sauber oder nachhaltig ist, einschließlich Wasserkraft, Solar, Biomasse, Wind, Geothermie und so weiter. Die zweite Kategorie ist fossile Energie, die nicht erneuerbare Energie ist, mit etwas weniger, einschließlich Erdgas, Öl, Kernenergie.
Wenn wir neue Energiequellen entwickeln, die erste ist die Solarenergie, wir betrachten die Solarenergie ist welche Art von Situation, hier ist in verschiedenen Regionen der Welt, verschiedene Regionen von 2011 bis 2040 Solarstromerzeugung Prognose aufgeführt. Wir können sehen, dass die Solarenergie auf der Erde im Jahr 2040 1 Billion Kilowatt Strom pro Jahr emittieren wird, was dem 10- bis 12-fachen der Leistung des Wasserkraftwerks Three Gorges entspricht.
Gegenwärtig muss die Gesamteffizienz der Sonnenenergieumwandlung noch verbessert werden. Das aktuelle Solarpanel, das wir verwenden, hat eine Umwandlungseffizienz von 18% -23%, natürlich können einige Laboratorien mehr tun.
Im Jahr 2016 sind die weltweiten Investitionen in F & E von Technologien für erneuerbare Energien sehr hoch, einschließlich Solarenergie, Windenergie und Bioenergie. Im Bereich Solarenergie erreichten die Investitionen 442 Milliarden Yuan, was eine sehr große Zahl ist. Chinas Solarstrom macht derzeit 40% der Sonnenenergie der Welt aus.
Lassen Sie uns einen Blick auf die aktuellen neuen Energiequellen für die gesamte Menge an Energie werfen, die wir verwenden, hier ein paar, hier können wir sehen, dass 26% der aktuellen Verbrennungsenergie Erdgas ist, 36% ist Öl und 8% ist nuklear Energie, von denen die Solarenergie 20% und die nachhaltige Energie nur 9% ausmachen. Ist ein kleiner Teil. Gegenwärtig macht unsere Solarenergie nur 2% der Gesamtenergie aus, also ist dies ein sehr kleiner Teil.
Wir wissen, dass Solarenergie eine nachhaltige Energiequelle ist. Warum ist die Entwicklung so langsam? Wir können sehen, dass es hier einige große Herausforderungen gibt. Die erste ist, dass Solarenergie oder Windenergie instabil ist. Zum Beispiel kann es Elektrizität erzeugen, wenn es die Sonne gibt, wenn die Sonne niedrig ist, ist die Lichtintensität nicht die selbe. Die Elektrizität, die es sendet, ist nicht sehr glatt. Im Gegensatz zur traditionellen Energieerzeugung ist die erzeugte Elektrizität gleich. Die Solarstromerzeugung ändert sich mit der Zeit und ist wie ein Geräusch. Wenn man es nicht glättet, ist es ebenso eine Verschwendung von Elektrizität. Dies ist der Punkt, dass es instabil und nicht zuverlässig genug ist. Die zweite Herausforderung ist die Verteilung von Strom, Transport ist auch sehr schwierig. Die dritte Herausforderung, aufgrund der zwei vorherigen Fragen, ist, dass, wenn der Strom ins Netz geht, wenn er nicht glatt ist, er dich nicht hineingehen lässt. Die vierte Herausforderung, Solarkraftwerk Investition ist groß, der Return on Investment ist relativ gering, die Rendite für eine lange Zeit.
Um diese vier Punkte zu überwinden, müssen wir eine Energiespeichertechnologie entwickeln, die aus Sonnen- und Windenergie erzeugte Energie in eine Energiequelle umwandelt und im Betrieb speichert. Der einzige Weg, eine glatte elektrische Energie zu haben, um innen zu verlieren. Daher muss Energiespeicher entwickelt werden. Energiespeicher werden derzeit im Bereich der Solarenergie oder der Windenergie benötigt.
Welche Energiespeichermethode wählen?
Was ist die aktuelle Energiespeichertechnologie? Hier einige aufgeführt, die erste ist elektrochemische Energiespeicher, Lithium-Ionen-Akku im Telefon ist diese Art der Speicherung von Energie. Bleibatterien, Lithiumbatterien, die als elektrochemische Technologie bezeichnet werden, die Solarstrom in die Batterie aufladen, wenn Sie den Strom freisetzen müssen, ist diese Freigabe sehr glatt. Die zweite ist die Schwungräder, das ist nicht viel zu sagen, und die dritte ist komprimierte Luft, der Luftdruck zu einem tiefen unterirdischen Ort, wenn verwendet, um sie zu befreien, mit mechanischer Energie, ist diese Effizienz natürlich sehr gering. Die vierte ist, wenn das Wasserkraftwerk keine Elektrizität benötigt, sondern auch, um das Wasser durch die Haare der Elektrizität in einem Sub-Reservoir im Inneren gezogen, und dann, wenn die Stromerzeugung. Auf diese Weise ist die elektrochemische Energiespeicherung der zuverlässigste Weg und der effektivste Weg.
Wir betrachten die elektrochemische Speicherung, auf welche Weise, ich etwa 10 Arten aufgeführt, in der Tat nicht auf diese 10 Arten, einschließlich Lithium-Batterien, Blei-Säure-Batterien, Brennstoffzellen, Elektrolysewasser, etc., das sind die elektrochemischen Speicher Can Batterie . Innerhalb des großen Netzes, dem zukünftigen Smart Grid, wird die Batterie zur Kerneinheit. Jetzt in der Entwicklung von Micro-Grid, das ist wichtiger elektrochemische Elemente.
Dies ist ein Buch, das ich in den letzten 10 Jahren mit meinen Postdocs, Lehrern, Freunden und Kollegen zusammengestellt habe. Alle diese elektrochemischen Energiequellen sind in diesem Buch enthalten. Jedes Buch behandelt eine Technik, bei der sich jeder fühlt Wenn Sie interessiert sind, können Sie im Internet surfen und ca. 20 Bücher lesen.
Ich werde im Detail unten die Vorteile einer Vielzahl von Batterien und ihre Probleme diskutieren. Die erste ist derzeit die Spitze der Entwicklung, aber noch nicht vermarktet, ist die flüssige Aluminium-Batterie, die die Energie im Inneren des Elektrolyten speichert, kann es beliebig erweitern seinen Elektrolyt, elektrochemisches aktives Material im Inneren des Elektrolyten, nicht in der Batterie, So hat solche Vorteile. Seine aktuelle Entwicklung ist sehr schnell, in diesem Bereich ist die Hauptforschungsrichtung die Entwicklung neuer Materialien, einschließlich Elektrolytmaterialien, Elektrodenmaterialien, Membranmaterialien, erhöhen Sie die Energiedichte und erhöhen Sie ihre Lebenserwartung, und dann das System zu optimieren, reduzieren der Preis der Materialien, die flüssige Aluminiumbatterie ist.
Die zweite ist die Aluminium-Ionen-Batterie. Gegenwärtig werden viele Aluminiumionenbatterien, die in Automobilen nicht verwendet werden können, immer noch zu mindestens 70% oder 70% zur Energiespeicherung verwendet. Die Vorteile von Aluminium-Ionen-Batterien ist die Energiedichte und Funktionsdichte sind hoch, seine Lebenserwartung für Energiespeicher ist ziemlich gut, aber es hat auch seine Probleme, wenn es im Auto verwendet wird, ist das Leben nicht lang genug, das andere ist es Sicherheitsproblem, jetzt verwenden wir eine flüssige Aluminiumionenbatterie, also hier ist der Gebrauch des flüssigen Elektrolyten, wenn wir tun, besonders wenn die Hochstromentladung hohes Fieber produzieren kann, wenn die Hitze nicht ausgehen kann, es wird brennen oder explodieren. Insbesondere müssen wir jetzt ein ternäres System entwickeln. Die Aktivität des ternären Systems ist sehr hoch. Wenn etwas zu aktiv ist, wird seine Stabilität schlecht sein. Zur Zeit ist es das meistgenutzte in neuen Energiefahrzeugen, natürlich gibt es viele Energiespeicher, die jetzt benutzt werden. Die Hauptforschungsrichtung, jetzt die Energiedichte von Aluminium-Ionen-Batterie hat einen Engpass erreicht, wie seine Energiedichte zu erhöhen, wie sie ihre Lebensdauer zu erhöhen, sondern auch die Notwendigkeit für die weitere Entwicklung neuer Materialien, sowie die Optimierung der Elektrode Schicht, die Aluminium-Ionen-Batterie ist.
Hier sind einige der Arbeiten, die wir mit Aluminiumionenbatterien gemacht haben, die einige Nanomaterialien als Kathodenmaterial für Aluminiumionenbatterien synthetisiert haben.
Die dritte ist Blei-Säure-Batterien, die Batterie ist das Hauptgeschäft von Leoch International jetzt, Blei-Säure-Batterien scheinen die zuverlässigsten zu sein, die meisten kommerziell verfügbaren Energiespeicher, groß, mittel, klein sind zuverlässiger, Dies Es gibt mehrere Vorteile von Blei-Säure-Batterien, die erste ist billiger, wir entwickeln jetzt jede Batterie sind nicht Blei-Säure-Batterien billiger, die zweite ist Sicherheit, es ist sicherer als Aluminium-Ionen-Batterien, haben Sie noch nicht davon gehört Blei-Säure-Batterien in Brand oder die Explosion von Aluminium-Ionen-Batterie auf den Boden nach dem Sturz, vielleicht explodieren, aber wie die Blei-Säure-Batterien fallen wird nicht explodieren, so dass es sicher ist. Die dritte ist die gesamte Blei-Säure-Batterie Materialien können vollständig recycelt werden, die Batterie Verlust, ich kann alle Materialien zurück ins Innere zu verwenden, der Vorteil ist, dass andere Batterien nicht können.
Daher sind Blei-Säure-Batterien der erfolgreichste und zuverlässigste Weg, der gegenwärtig in Energiespeichern, insbesondere in neuen Energiespeichern, verfügbar ist. Wir sind in der Entwicklung neuer Energiespeicher zur Entwicklung von Bleibatterien, wie die Entwicklung von Bleibatterien? Es gibt mehrere Aspekte, ist seine Energiedichte nicht hoch genug, so ist die erste, um Elektroden-Komponenten, den Wirkstoff zu optimieren, fügen Sie etwas Kohlenstoff, etc. Die zweite ist, es leicht zu machen, reduzieren Sie die Menge an Blei, die in eine Blei Kohlenstoff-Netzwerk. Die dritte ist, eine Elektrode zu entfernen, gibt es solche drei Blei-Säure-Batterie Forschung. Blei-Säure-Batterien, wenn es etwa 80 Energiedichte erreichen kann, können wir viele Batterien ersetzen.
Der andere ist ein Super-Kondensator, der auch eine Energiespeicher-Methode ist, haben wir von Super-Kondensator gehört, ist der größte Vorteil, dass die Lade-und Entladezeit ist besonders schnell, können Sie in Sekunden zu beenden, ist es Leistungsdichte ist sehr hoch, aber Die Energiedichte ist sehr niedrig, daher muss auch der Superkondensator entwickelt werden. Man soll es für schlechtes Leben verwenden. Die zweite ist die hohe industrielle Dichte, mit der die Energiedichte erhöht werden kann.
Eine andere Richtung ist die Elektrolyse von Wasser, die Elektrizität, die von der Sonnenenergie emittiert wird, das Wasser in Wasserstoffzersetzung, Wasserstoff selbst ist ein Träger von Energie, wir verwenden Wasserstoffgas durch die Brennstoffzelle in Elektrizität, so dass ein Energiespeicher zielt. Gegenwärtig ist seine Energieeffizienz jedoch relativ gering und seine Technologie ist noch relativ ausgereift. Daher ist dies auch ein Hotspot für Energiespeicher.
Lassen Sie mich darüber hinaus über Kohlendioxid und elektrochemische Reduktion sprechen, und jetzt haben wir eine Menge Kohlendioxid-Reihe, kann das Kohlendioxid durch elektrochemische Methoden, durch Elektrizität, in nützliche kleine Moleküle, in Ameisensäure, Methanol, usw., so die Wirkung der Energiespeicherung zu erreichen und einen weiteren Zweck der Reduzierung der Kohlendioxidemissionen zu erreichen. Gegenwärtig leistet Kanada auch in diesem Bereich viel Arbeit. Die Herausforderung besteht jetzt darin, dass Katalysatoren eine kurze Lebenserwartung haben. Dies ist gegenwärtig auch der Schwerpunkt unserer Forschung und der Forschung, die derzeit vom chinesischen Ministerium für Wissenschaft und Technologie unterstützt wird. Dies ist eine Möglichkeit, langfristige strategische Perspektiven zu haben.
Energiespeichermarkt am Ende wie viel?
Wie groß ist die derzeitige Marktgröße für Energiespeicher? Wir haben hier ein paar aufgeführt, eine ist die flüssige Aluminium-Batterie, dann die Aluminium-Ionen-Batterie, gibt es Blei-Säure-Batterien und Superkondensatoren, können wir sehen, dass bis 2025, die Gesamtmarktsituation, flüssige Aluminiumbatterien werden wahrscheinlich 38 Milliarden erreichen Dollar, Aluminium-Ionen-Batterie kann 26 Milliarden US-Dollar Markt erreichen, Blei-Säure-Akku-Markt ist immer noch der größte, bis zu fast 40 Milliarden US-Dollar auf dem Markt, der Superkondensator ist relativ kleiner, aber ähnlich der flüssigen Aluminium-Batterie.
Daher nutzen wir Solarspeicher-Markt ist ein riesiges Potenzial, so dass wir nicht nur zur Entwicklung der Solarenergie, sondern auch die Entwicklung von Energiespeicher, Energiespeicher sollte entwickelt werden.
