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方晨旭:储能安全失效机理与改善策略
来源:中国能源报     时间:2023-06-03 03:59:08


(资料图)

6月1日,2023中国能源产业发展年会在京成功举办。本届年会由中国能源报、中国能源研究会联合主办,会议以“构建新型能源体系 推动发展绿色转型”为主题,对碳达峰碳中和目标下如何更好地推动能源革命、加快新型能源体系规划建设等话题进行了深入探讨。

海辰储能中央研究院副院长方晨旭围绕“储能安全失效机理与改善策略”发表主旨演讲。

以下为发言内容整理

从目前的项目示范性和商业应用数据来看,部分储能设备仍存在一定风险,这也对研发体系提出了更高要求。以2021年特斯拉电池在澳大利亚发生的热蔓延事故为例,短路导致电子元件起火,并引发电池热失控,进而通过泄压口热蔓延到相邻单元。特斯拉通过电池包的安全改善,有效避免了热蔓延进一步发展。基于这样的行业背景,各种行业标准及行业要求随之诞生,对储能发展提出了更高的安全和标准规范。

安全失效因素主要有四大类:机械滥用、内部瑕疵、电气滥用、环境滥用。这些因素最终会导致起火、爆炸等一系列不可挽回的局面。

在机械因素方面,通过对化学体系的改善,能够实现对热针刺的有效对应,让电池包在恶劣情况下不会出现起火爆炸情况。而在美国亚利桑那州出现的储能事故,则是由于电池包设计或制造不良,即内部瑕疵问题,导致电池包在运行过程中出现拉弧引发事故。在电、热因素方面,电池过充、过放和短路等会导致反应产热。在过充情况下,电池单体温度可以攀升至近750度,电池的安全性受到极大挑战。电能及化学能向热能的转化问题如何解决?如何降低外界电能输入?这需要提升储能设备化学体系稳定性,降低电能及化学能向热能转化的功率及能量问题,遏制焦耳热产热。

解决安全问题要通过多维度视角,不应只局限于材料层级,也需要构建多重安全保护,同时应注重本征安全、被动安全、主动安全。

本征安全需要研究高热稳定正负极材料,进行安全隔膜设计,还需要研究电解液安全添加剂,并设计安全的电芯结构。同时,还要严格控制工艺参数,减少制造过程中的不良品。被动安全范围比较广泛,主要针对技术层面,需要在电池包内设置被动安全措施,出现问题时及时进行预报并采取消火措施。而主动安全则是对电池包进行监控,对异常及时发现、及时处理。

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