陈立泉动力和储能----锂离子电池如何应对

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1、动力和储能 -锂离子电池如何应对?,陈立泉 中科院物理研究所 2009北京动力锂离子电池论坛,Vehicle industry in 2007 Output：8.88M Sales:8.7M Both increased 22%,The output is forecasted over10M in 2009, and China will be the largest vehicle producing country in the next few years.,Chinese vehicle market has great potential,Year 2005 2010 2020 2

2、030 Vehicle Ownership（/1k person）24.2 40.2 94.5 214.3？ Vehicle Population （million） 31.6 53.5 132.1 312.9 Passenger car ownership（/1k）16.4 23.2 67.7 183.0 Passenger car population（M） 21.4 30.8 94.6 267.2,Big Automotive Energy Consumption,In 2006: Oil consumption is 346.6M tons Second biggest (USA fi

3、rst) Growth 12% per year,In 2008: Auto consumes 60% of all fuel consumption in China,石油如何满足？,我国石油储量不足世界的2%。 我国自产石油在1.8亿吨/年左右。 2007年我国净进口原油1.63亿吨，成品油0.338亿吨。原油对外依存度达到46.05%。 每年新增1000万辆汽车，石油需求新增2000万吨左右。如何保证？,GHG,Green house gas emission from transportation in USA is 25% of the total。 CO2 emission by

4、Vehicle is 51of the total in city.,CO2 content,USA : 25 EU: 13 China: 5,CO2 emission( t/ person.year),Optimize existing vehicle energy powertrain system Development of Energy-efficient Vehicles,Evolutional Strategy,Revolutionary Strategy,Develop a new type vehicle energy powertrain system Developmen

5、t of New Energy Vehicles,Sustainable Development,Dual Strategy,Strategy choice of Chinese New Energy Vehicle,我国电动汽车始于何时？,追溯到上世纪40年代，抗战时期; 1958年清华大学电动汽车; 1970年Na/S电池电动汽车会战： 北方战区：北京大学等， 南方战区：上海硅酸盐所等。1975年载4人电动车完成从静安寺到嘉定演示。 八五、九五、十五、十一五电动汽车专项。 十二五节能与新能源汽车专项。,抓主要矛盾和主要矛盾方面,电动汽车pk其它节能与新能源车; 纯电动汽车pk其它电动汽车。

6、 BEV-既不用油，又零排放,将带来能源革命(改变了能源结构)和汽车产业革命。 BEV我国的战略选择。我国难得的发展机遇,BEV的关键- Li-ion Battery; Li-ion Battery的关键- 安全、成本。,Temperature Distribution at Time of Highest Temperature of 20Ah Hardcase,The hardcase body is 110*110*25 Highest temp. is about 135,（假设电池均匀产热, 全部电能转化为焦尔热. Q=65Wh, Wt=0.7kg, S=352 cm2. Q/S=0

7、.18）,ATL,Temperature Distribution at Time of Highest Temp. of 50Ah hardcase,The hardcase is 110*220*25 The highest temp. is about 188,（假设电池均匀产热, 全部电能转化为焦尔热. Q=160Wh, Wt=1.7kg, S=650 cm2, Q/S=0.24）,ATL,电池单体容量尽量较小，以保证电池系统的安全。,Li-ion电池产业链的完善; 电池组和模块技术的完善和优化: 设计、芯片、线路。,Plug-in-HEV is a transitive choose

8、 BEV mode 60-80km 。 Most passenger car 40-80km /day. In France 80 cars less 50km/day. In US 80 cars less 90km/day, 60 cars less than 50km/day， The cost of 10kwh Li-ion battery is not high。,Points-lines-Areas structure and transportation means choice,E-bike,0,50,200,town,Big city,Inter-city,BEV,Subwa

9、y,E- bus,E-Railway,Airline,Waterway,Micro EV,E- bus,km,Industry Prospect of Chinese New Energy Vehicle,E-bike,E-bike,Beijing to Tianjing train max. speed 350km/h，needs 38mni., 7.5kwh/person, no GHG emission. “四纵四横 ” “城市圈”： 1.哈尔滨- 沈阳- 大连- 北京 2.北京 上海i(5hrs), 3.杭州-福州-厦门-深圳,4.北京- 武汉-广州(4hrs). 1.太原-石家庄-胶

10、东 ,2.兰州-西安-郑州- 3.成都-重庆-武汉-合肥-上海, 4昆明-贵阳-长沙- 南昌-杭州. 一,By 2012, Beijing to most capital cities will be only 8hrs by train.,2007年底我国电力装机容量已超过7亿kW，一天的低谷电约9.2亿kWh,可为3-4千万辆锂电汽车充电。 到2020年装机容量将超过9-10亿kW,低谷电将超过12亿kWh。,电从哪来? 低谷电,NATURE|Vol 456|27 NEWS FEATURE 7 November 2008,风电和光伏电都是不连续的电源，需要解决电能的储能问题。 BEV成为分

11、布式储能系统，储能效率可达90%,远高于抽水蓄能电站的效率(70%)。,By 2010 Wind electricity will be 5MKW, 2020: Wind electricity will be 3% (30MKw) of the total. 2008 wind power reached 12.21MKW. 。倪维斗院士指出，这意味着我国风电平均每千瓦装机容量一年只工作1000小时 (2009/9/15/09:19 来源：文汇报 ),Energy storage device is key issue for : Make use of off peak power Dev

12、elopment of wind power and solar Energy,VRB,650Ah Na/S cells,Li-ion battery,正极充放电反应：,放 (VO2)+ +2H+e = (VO)2+ +H2O E0=1.00V 充,负极充放电反应:,充 V3+ + e = V2+ E0=-0.26V 放,Na/S,10KW module,300-350,Na,S,Li-Ion Battery for electricity storage,太阳能 (PV),Wind power,grid,用 户,PV,Li-ion Battery,Wind Power,SOFC,Off pe

13、ak power,BEV与储能,BEV可用来构建分布式储能系统，因此动力电池可在整个储电系统中发挥重要作用。 但BEV的Li-ion电池并不能完全代替储能用Li-ion电池。,两类储能电池,电站(厂)储能: 大容量、长寿命、快速响应 用户储能： 小容量、长寿命、差异化性能; 应根据储能电池的要求设计Li-ion储能电池，不能简单把动力Li-ion电池作储能用，或把动力Li-ion电池按储能要求作评价。 材料和化学体系都应根据储能要求重新设计。,J.Y.Luo and Y.Y.Xia, Adv. Funct. Mater, 2007,17,3877-3884,J.Y.Luo and Y.Y.Xia, Adv. Funct. Mater, 2007,17,3877-3884,如何面对新的挑战?,现在Li-Ion电池的产业化成果，是过去一、二十年基础研究的收获。 美国奥巴马政府，投资24亿美元用于Li-Ion研发。德国紧随其后。 日本NEDO提出Li-ion 能量密度： 2015年将达到500Wh/kg, 2030年将达到700Wh/kg。 未来5年投资220亿日元研究车用/储能Li电池,Thank you for your attention!,