MIT李巨教授AEM观点：电网规模锂离子电池储能的主要挑战

由于全球气候变化，不可逆转的损害会在未来十年内迅速发生，因此能源基础设施的快速转型至关重要。普遍认为，一种实用的脱碳策略是将8小时的锂离子电池（LIB）电能存储与风能/太阳能发电相结合，并使用现有的化石燃料设施作为备用。要达到百太瓦时级别的LIB储能，关键挑战在于安全和回收。

图1. 使用8小时LIB存储的可持续能源生产示意图

在此，美国麻省理工学院李巨教授等人给出了关于电网规模LIB储能主要挑战的前瞻性观点，并简要概述了电池安全和回收两个方向的持续创新。首先，作者概述了低碳能源转型的过程中替代传统化石能源的最佳解决方案，即≈8小时的LIB存储稳定的风能/太阳能+带有热存储的核能，而传统的化石燃料系统作为备用电源。

“8小时的能量”是一个口语术语，用于显示与一次能源使用对比的规模，但如果仅通过电能使用进行标准化，则更像是60小时或2.5天的电能存储。循环寿命、采矿/制造或资本成本本身不会成为LIB储能系统在未来十年应对气候挑战的阻碍因素，而消防安全和回收问题很可能是主要挑战。幸运的是，最近这两个方面引起了越来越多的关注，并取得了重大的创新和进步。

图2. 不同级别的LIB存储和考虑消防安全的关键组件示意图

首先，在技术上对安全方面的发热和热失控起源有了更深入的了解，在材料和工程层面上开发了更好的设计，包括可靠的高压正极、具有稳定SEI的负极、耐燃性液态电解质、循环性能好的固态电解质及更好的外在安全装置和电池管理系统。回收利用方面，正在寻求更经济和环保的冶金工艺（深度回收）及创新的直接回收（浅层回收）方法。二者的优化组合可进一步提升回收的经济和环境绩效，形成可再生能源产业中钴、镍、锂等有价值元素的闭环，从而大大减轻资源和采矿负担。

此外，法规和管理必须与技术进步同步完善。需要制定最新的现场特定安装/安全指南和应急响应措施，认真对待报废火灾风险并制定、执行废弃物管理政策。通过技术和管理方面的改进，未来将有望实现可靠的<90美元/kWh电池组，可稳定循环高达20000次甚至更多，从而实现安全可持续的电网规模存储。

图3. LIB闭环回收示意图及产生利润

Key Challenges for Grid-Scale Lithium-Ion Battery Energy Storage, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202197

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