近年来,在“双碳”背景下,储能赛道成为新风口。针对目前市场上由于锂电池大量应用导致的安全问题,兼顾高安全性和低成本优势的水系锌基电池备受产业及资本关注。
“水系锌电池是下一代大规模储能电池技术最有力的竞争者之一,高安全锌基储能电池具有低成本、长寿命、高安全性的特点。”在位于松山湖材料室的东莞大锌能源有限公司(以下简称“大锌能源”)办公室内,公司CEO唐子杰向南方财经全媒体记者介绍。
大锌能源是松山湖材料实验室锌基电池创新样板团队的产业化公司,其研发团队由香港城市大学教授、松山湖材料实验室研究员领衔,在锌基电池领域深耕9年,掌握着多项专利技术。目前,大锌能源已在东莞建设了一条锌基电池生产线,自主研发的水系锌基电池实现了高循环寿命,构建了可覆盖高能量、大功率和长循环场景的产品矩阵。
唐子杰告诉南方财经全媒体记者,近期,大锌能源凭借高安全性与低成本的双重优势,发布了多款基于水系锌基电池的高安全储能和UPS备用电源产品,已在多个领域获得订单,未来还将瞄准家庭储能、城市微电网储能等应用市场,提供创新的锌电池储能解决方案。
“我在申请博士的时候,就跟我的博士生导师支春义教授提过,毕业后不太倾向于学术界,会选择创业这条路。”读博期间,唐子杰曾参与过水系电池等一系列产品研究,后来依照产品技术成熟度,唐子杰最终选定了水系锌电池领域。
随着唐子杰与课题组团队研发的深入,锌基电池的循环寿命逐步提升。该项目也获得了香港城市大学早期创业(种子)计划支持。随后,唐子杰在香港创立了大锌能源(AMAZINC ENERGY)。2019年公司入选香港创新科技署“大学科技创业支持计划(TSSSU)”,并入驻香港科学园。
唐子杰介绍,从早期的干电池、铅酸电池,到如今大范围的应用的锂离子电池,电池技术的每一次革新都推动了科技领域的重大突破。水系锌电池是电池发展脉络的新赛道。
但锌基电池并不是全新电池体系。在上世纪90年代,锌基电池技术几乎与锂电技术几乎在同一个起跑线上,但由于单位体积内的包含的能量更低,未能搭上3C电子、新能源汽车的东风,因此产业化进程远远落后于锂电池,目前仍处于产业化初期阶段,产业链不完善且自动化程度低。
“也是在储能这个风口兴起之后,大家才认识到锂电池并不一定适合去做所有的市场。我们预期锌电池在储能领域有巨大应用前景,同时我们课题组在锌电池这块的技术积累是走在行业前沿的,当风口来临,不把握机会就太可惜了。”唐子杰说。
2020年,东莞大锌能源有限公司在东莞成立,基于锌基电池的特性,大锌能源重点瞄准了储能市场。
当前,新型储能从验证期发展到了成长期爆发的新阶段,技术路线多点开花,产业链趋于完善,规模占比慢慢的变大,应用场景更多元。对于储能来说,安全性、经济性、可持续性是发展的三大关键指标。近两年来,以锌基储能为代表的水系电池由于循环寿命长、安全性高、应用场景广等优点,成为长时储能市场中的最具竞争优势的技术之一,市占率不断攀升。
材料决定电池的安全性。唐子杰表示,锌基电池作为水系电池的一种,其电解质是水和无机盐,正负极材料主要是金属氧化物,整个体系相当于是泡在水里面,几乎不存在任何起火爆炸的风险。即便是面对锤击、高强度施压乃至火烧,水系锌电池也不会产生燃烧、炸裂等安全问题。此外,锌电池在制备、加工、回收各环节也更加环保。
一开始,唐子杰团队研发的锌电池只能做到纽扣大小。随着电池越做越大,工程上的问题也将越来越复杂。如何延长锌电池循环寿命,同时探索研制更大尺寸的锌电池,成为唐子杰团队攻关的技术难点。
“大锌能源锌电池的单位体积内的包含的能量大概在200~300瓦时每升,磷酸铁锂是250~400瓦每升,锌基电池的单位体积内的包含的能量是水系电池里最高的,比铅酸高一倍以上。锌电池材料价格的优势是很明显的,预计比锂电池材料低20%~30%。”唐子杰介绍,多年经验积累之下,大锌能源掌握了大尺寸水系锌电池研制的正负极、电解液配方。
“锌基电池和锂电之间目前不是互相取代的零和博弈,而更多的是互补关系,储能市场是增量市场,多个技术路线共同建设一个项目的情况会更普遍。”唐子杰说。
2019年,唐子杰跟随导师入驻松山湖材料实验室创新样板工厂,组建锌基电池团队开展科研成果转移转化工作。依托松山湖材料实验室提供的软硬件支持,该团队在实验室内完成了材料筛选、小试、中试、小规模量产等环节,在完成技术积淀的过程中一步步走向市场化、产业化。
“东莞本身在电池行业领域较为完善的生态链和工程师资源,是团队选择落户松山湖的重要原因。”唐子杰说。
大锌能源在东莞落地建设了一条锌基电池生产线年,大锌能源逐步建设了一条锌基电池中试线,从能量存储机制,电池材料,结构设计等方面出发,成体系设计最优的锌基电池方案,并成功打通上下游产业链,保证企业的量产能力。
在产业化方面,近两年,大锌能源通过电池结构创新,并依照结构匹配相应的生产的基本工艺及生产设备,目前超40%的生产设备实现自主研发生产,产业自动化较之前提升了五倍,项目累计投入数千万元,构建了可覆盖高能量、大功率和长循环场景的产品矩阵。
在技术研究方面,大锌能源在锌基电池领域研究积累深厚,技术团队在该领域发表高水平论文超过200篇,专利50余项。在唐子杰看来,从总的来看,全国的锌基电池行业都还是处于比较早期的发展阶段,全国有20家左右公司都在开发锌基电池,包括也有了一些成功案例。大锌能源已实现锌基电池产品的批量化生产,目前正在大力开拓锌基电池应用场景。
UPS备用电源产品是目前大锌能源重点开拓的领域之一。唐子杰介绍,锌基电池基于大倍率、高安全以及环保特性等,替代铅酸方案,瞄准备电及高安全场景。目前市场上约90%的UPS电池是铅酸电池。然而,由于UPS是大功率场景,铅酸电池的倍率性能较差,导致在考虑功率需求时,电池必须超配。相比之下,锌基电池具有极好的功率性能,结合其高能量密度的特点,可以让UPS电池系统更加轻小,系统成本也更低。
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