电池储能技术课题组隶属于上海市电力材料防护与新材料重点实验室和上海电力能源转换工程技术研究中心。课题组主要开展电池性能状态评估、电动汽车动力电池梯次利用、电池储能系统在电网中的应用、储能应用规划及技术经济性分析，承担了教育部、上海市科委项目，上海市教委项目，上汽集团、国网上海市电力公司等的横纵向项目20多项。实验室拥有单体电池检测设备Arbin BT2000 4-200-5一台，Arbin BT2000 4-100-5 三台，Bitrode MCV 2-200-5二台，模块电池检测设备Bitrode FTV 1-300-100四台，一套光伏微网系统，Autolab电化学工作站，PARC 2273型电化学工作站，SU-1500型扫描电子显微镜，LabRAM HR表面增强拉曼光谱仪，德国布鲁克X-射线衍射仪，FTIR-8400S傅立叶变换红外光谱仪。

一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 储能技术是解决大规模可再生能源高效入网，实现碳达峰、碳中和战略目标的重要途径。本成果新型液态金属电池采用液态金属和无机熔盐作为电极和电解质，具有寿命长、响应快、成本低、安全可靠等优势，是规模储能应用领域的理想选择。电池设计与工作原理为：电池正负极均为金属，电解质为无机盐，运行时正负极金属和无机盐电解质均为熔融态，液态金属与无机熔盐互不混溶，且由于密度差自动分为三层。在设计电极和电解质材料时，上层负极液态金属密度最小，下层正极液态金属密度最大，中间熔盐电解质层密度居中，熔盐电解质兼作正负极间隔离层。

本项目针对大容量电池储能系统的灵活供电问题，设计了集装箱式的电池储能系统。在高档别墅、机场、工厂、社区等孤岛环境下，该移动储能系统能有效提高电能质量和稳定性。 本课题成功开发了100Kw移动电池储能系统，针对电池与用电负荷之间的交直流转换，移动电池储能系统PCS采用了先进的T型三电平拓扑，该拓扑具输出电压谐波含量小、导通损耗小等特点，配合空间矢量调制还能够提高直流电压利用率。为应对直流侧550-700V的电池电压， 高达100KW功率的高压大功率使用场合，拓扑采用的IGBT耐压能力强，功率密度高，大大缩小了PCS的体积。整个移动电池储能系统的电池、PCS以及散热装置集成在集装箱内，使用灵活，在具备电网接入的条件下可对电池进行充电， 其他情况下电池放电进行能量供应。 该项目曾获安徽省科技计划项目资助，项目具有重大的科研价值，项目成功实现产品转化，解决了孤岛条件下的稳定供电问题。

无水坝抽水蓄能技术是一种全新原理的电能高效储存新技术，它同时具有抽水蓄能和压缩空气储能技术的优点：充放电效率高（大于 70%），相对抽水蓄能技术而言，其储能密度高，建造周期短，投资低，不受地质环境制约。该技术是西安交通大学王焕然教授团队最新发明成果，在国际上处于领跑地位，目前团队拥有 6 项发明专利，在国外发表高水平的 SCI 论文多篇，其中 ESI 高被引论文 1 篇。无水坝抽水蓄能系统已经在实验室完成了原理性验证，为加速推进该技术的工程应用进程，正在建造 MW 级的实验电站。  无水坝抽水蓄能技术同其它大规模物理储能技术一样，是解决我国日益严重的弃风、弃光及电网调峰问题的最有效方法，属于能源领域科技前沿技术。其应用前景极其广阔。

一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 储能能够为电网运行提供调峰、调频、备用、需求响应支撑等多种服务，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段。加快储能技术与产业发展，对于构建以新能源为主体的新型电力系统，实现碳达峰碳中和具有重要意义。据预测，到2050年，我国锂电池储能将达到400吉瓦，年均增长26%。然而，锂离子电池固有的安全性问题使其大规模应用遇到了瓶颈。2019年美国亚利桑那州一起锂电池储能系统火灾，今年4月我国某储能电站爆炸，韩国近年来30座电池储能电站发生火灾，均造成重大人员伤亡和经济损失。因此，储能系统的消防安全问题已成为制约锂离子电池储能大规模推广的关键瓶颈。 现有技术的痛点问题是：1、锂离子电池火灾机理有差异；2、锂离子电池灭火剂适用性不强；3、现有灭火剂不具备高效降温能力；4、实时健康状态监测技术缺乏；5、预警技术作用重视不够；6、技术规范建设严重滞后。

（1）技术创新性和领先性：舍弃传统以可溶性盐路线，采用氧化物为原料，实现材料可控 合成。 （2）技术成熟度：采用固相法，适合大规模生产 （3）市场及效益分析：原料价格低廉，产品附加值高 （4）合作条件：对方提供资金、设备、场地，我方提供人员、技术，成果按贡献分享。 

可充电电池按照电解液可分为有机系和水系。其中水系电池具有制备工艺简单、无起火爆炸之风险。本项目研制了一种水系锌离子电池，负极为锌片，正极为基于导电聚合物和碳材料的复合物，不含重金属，电解液是中性水溶液。该储能器件具有高比容量，长循环寿命之优点。其能量密度高于目前商业化的铅酸电池，连续充放电1万次后容量保持率为100%，即使用寿命约为现有电池的10-20倍。该产品安全环保、成本低，可用于大规模电网储能、汽车启动电源、电动交通、UPS电源等领域；除了能够取代目前占据市场份额第二位的铅酸电池，由于较高的功率密度，在某些应用领域又可替代超级电容器。

储能在新型电力系统中源、网、荷侧发挥重要的作用，储能规划运行和安全管理是推广储能可靠、安全、经济运行的重要保障。本项目围绕电力系统中不同应用场景的源、荷特性，针对光伏电站弃光率高和预测合格率低的问题，结合电池储能SOX(SOH、SOP及SOE)动态性能，进行能量管理优化，提出了一种计算每个月光伏预测的合格率及惩罚成本的技术，可有效提升不同应用场景的储能安全性和系统经济性。 发电侧:提升预测精度，减小惩罚成本，多目标优化； 配网侧:可削峰填谷，提升分布式光伏消纳； 负荷侧:成本低，收益大。

相变储能材料(Phase Change Materials, PCMs)是一类利用在某一特定温度下发生物理相态变化以实现能量的存储和释放的储能材料，一般有固- 液、液-气和固- 固相变三种形式。目前固- 液相变储能材料的研究和应用最为广泛，其工作原理为：当环境温度高于相变温度时，材料由固态转变为液态并吸收热量；而当环境温度低于相变点时，材料由液态转变为固态释放热量，从而维持环境温度在适宜水平。在相变过程中材料吸收或释放的热量，是材料单一相态温度变化时吸收或释放热量的几十倍甚至几百倍。

项目简介相变储能材料(Phase Change Materials, PCMs)是一类利用在某一特定温度下发生物理相态变化以实现能量的存储和释放的储能材料，一般有固- 液、液-气和固- 固相变三种形式。目前固- 液相变储能材料的研究和应用最为广泛，其工作原理为：当环境温度高于相变温度时，材料由固态转变为液态并吸收热量；而当环境温度低于相变点时，材料由液态转变为固态释放热量，从而维持环境温度在适宜水平。在相变过程中材料吸收或释放的热量，是材料单一相态温度变化时吸收或释放热量的几十倍甚至几百倍。相变储能材料储能原理应用范围 相变储能材料响应温度变化所吸收和释放的是热能，在能源高效利用和节能保温领域有着重要的应用价值。如在建筑节能、太阳能利用、电力调峰、可再生能源消纳、工业余热回收、纺织品、冷链运输、医疗健康等方面拥有广阔的市场前景。项目阶段目前主要的有机相变储能材料产品来源于石油工业的副产物，具有毒性，同时因其不会被生物降解，所以会持续产生污染。研发团队以国家“973”计划—“节能领域纳米材料机敏特性关键科学问题研究”课题的研究成果为基础，制备出基于天然可再生油脂的相变储能材料，具有绿色无毒、可降解、储能密度高等优点。通过对相变储能材料进行功能化处理，使其进一步具备了高光热转换效率及良好的储热特性，可高效利用太阳能及环境余热。知识产权已申请相关专利。调配出的不同温度的相变材料合作方式1. 可根据实际情况研制具有不同相变温度的相变储能材料，满足各类需求。2. 完成建筑用相变储能材料产品的中试生产，实现了相变储能产品的规模化制备，如相变储能地板产品、相变储能板材产品、相变储能粉体（60-80 目）与颗粒产品（5-8mm）等。其中，地板和板材产品可用于室内装修，粉体和颗粒产品可作为其他建材，如涂料、砂浆、水泥、混凝土等的添加物。3. 将制备的相变储能板材应用于实际建筑中，取得了很好的控温节能效果：在北京冬季时，白天室内最多可少升温6-7℃，且温度峰值延后近2 小时；夜晚温度降低时间最多可延迟近6 小时（以降至18℃为限），有效减小了室内温度波动，并减少约18% 的采暖电能能耗。4. 研制了一套相变蓄热供暖系统，该系统可将谷电期间的电能转化为热能并存储于相变储能材料内，在非谷电期间则利用所存储的热能实现用户供暖。该系统有助于电力系统的蓄热调峰，也可有效降低终端用户的采暖成本，同时还具有体积小、效率高、节能环保、无噪音、使用寿命长等优点。该系统实际的供暖试验结果表明，峰电期间仅利用存储的热量进行供暖，可使用户室内平均温度达到20℃，与市政集中供暖相比，采暖费用可降低约20%。