加快推進新型儲能材料與裝備發(fā)展迫在眉睫

中國能源資源稟賦被概括為“一煤獨大”，煤炭的大量應用已成為中國污染的主要來源。節(jié)能減排和能源轉(zhuǎn)型是2060年前實現(xiàn)“雙碳”目標的基本路徑，但根本途徑是能源轉(zhuǎn)型。由于現(xiàn)有的儲能技術無法滿足能源轉(zhuǎn)型的巨大需求，可再生能源的發(fā)展已到了“天花板”。一方面，中國能源短缺加劇，另一方面，棄風棄光棄水現(xiàn)象又越來越嚴重。因此，開發(fā)新一代高效安全的儲能技術與裝備已成為實現(xiàn)“雙碳”目標的重要突破點和剛性需求，是實現(xiàn)節(jié)能減排和能源轉(zhuǎn)型的關鍵，而其中新型儲能材料與裝備的開發(fā)是基礎和保障。

一、發(fā)展新一代儲能材料與裝備產(chǎn)業(yè)的重要性

在各種能源形式中，電能和氫能是最重要的兩種能源，但其儲存都遇到了挑戰(zhàn)，亟待突破。

氫能高效安全儲運及應用已成為氫能戰(zhàn)略實施的焦點，而新一代儲氫材料是競爭的制高點。氫能是一種來源廣泛、清潔無碳、靈活高效、應用場景豐富的二次能源，在降低環(huán)境污染和實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型方面潛力巨大；作為氫能應用的重要對象——燃料電池，具有能量轉(zhuǎn)化率高、噪聲低、零排放等優(yōu)點，是下一代電動汽車的理想電源。氫能應用已成為全球發(fā)展戰(zhàn)略和競爭焦點。2019年，氫能發(fā)展首次被寫入《政府工作報告》。但在氫氣制造、儲存運輸和應用三個環(huán)節(jié)中，氫氣的高效安全儲存運輸已成為制約氫能應用的重大瓶頸，導致供氫端氫氣產(chǎn)能過剩而應用端氫氣供應嚴重不足。有關部門嚴格規(guī)定氫氣運輸車運輸距離不能超過200千米，并且有不能過隧道等限制。氫氣儲存限制性瓶頸技術就是關鍵材料，固態(tài)儲氫材料是重要發(fā)展方向。其中，鎂合金固態(tài)儲氫是最有潛力的新型儲氫材料之一，其礦產(chǎn)資源極為豐富，其產(chǎn)品可以實現(xiàn)從高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫向固態(tài)常溫常壓儲氫的突破性轉(zhuǎn)變，安全性大幅度提升，并且儲氫密度是稀土固態(tài)儲氫的3～5倍，是一項顛覆性技術，市場容量可達幾千億元。

發(fā)展新一代高效環(huán)保安全的電池材料和電池產(chǎn)品已成為電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點，對儲能產(chǎn)業(yè)和電動汽車的發(fā)展至關重要。電池是目前主要的動力電源，也是僅次于抽水蓄能的儲能途徑。目前使用量最大的鋰電池，已成為工業(yè)應用和人們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵?。但鋰電池存在著資源短缺、成本高、環(huán)境污染嚴重、安全性較差等問題，頻繁發(fā)生的電動車爆炸和儲能電站爆炸事故直接影響人民群眾的健康和安全。電池能量密度越高政府補貼越高的政策又導致部分電動汽車單純追求高能量密度，但能量密度越高其安全性越差是目前鋰電池很難解決的問題。因此，發(fā)展新一代高效環(huán)保安全電池已成為全球電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點。其中，鎂電池、鈉電池等具有高效、安全、資源豐富等特點，一旦實現(xiàn)技術突破，將是電池工業(yè)的突破性變革，市場容量巨大。

二、加快中國新一代儲能材料與裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干建議

儲能方式主要有抽水蓄能、電化學儲能、儲氫、儲熱、機械儲能等。由于度電成本低，抽水蓄能目前在大規(guī)模儲能中占比很大，但是抽水蓄能能量儲存效率較低并受水庫地理條件的限制，環(huán)境評估難度大，難以更全面地推廣。以鋰離子電池為代表的電化學儲能，由于存儲方便，在電動交通工具、便攜電子產(chǎn)品等方面獲得廣泛使用?，F(xiàn)有高壓和液態(tài)氫儲運安全性差、效率低，成為氫能發(fā)展的“卡脖子”問題。上述問題制約了中國清潔能源的發(fā)展應用和“雙碳”目標的實現(xiàn)，發(fā)展新一代儲能材料與裝備產(chǎn)業(yè)是中國大規(guī)模應用清潔能源的剛性需求。新一代儲能材料與裝備要著重解決傳統(tǒng)儲能存在的瓶頸問題，發(fā)展安全性高、成本低、環(huán)境友好的新型儲能材料與裝備，重點應發(fā)展固態(tài)氫儲運、新材料管道運輸?shù)刃乱淮鷥\氫技術、鎂電池、鈉電池、金屬空氣電池、固態(tài)鋰電池等新一代電池材料及系統(tǒng)。特別是鎂電池和鎂儲氫領域，中國鎂資源極為豐富，儲量占全球的70%以上，可以開發(fā)應用千年以上，對解決鋰電池資源短缺和氫氣的常溫常壓儲運問題極具戰(zhàn)略意義。

材料發(fā)展是儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎。全球新一代儲能材料與裝備的研發(fā)已成為熱點，但產(chǎn)業(yè)剛剛起步，潛力巨大，如果能抓住機會，新一代儲能材料與裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展不僅能為中國“雙碳”目標的實現(xiàn)破解技術難題，而且可以創(chuàng)造一個新型巨大產(chǎn)業(yè)，對“雙碳”目標的實現(xiàn)和中國經(jīng)濟創(chuàng)新發(fā)展有重大戰(zhàn)略意義。但目前中國新一代儲能材料和裝備的研究和產(chǎn)業(yè)化仍亟待推進，新型儲能的含義不夠科學。國家發(fā)展和改革委員會等部門印發(fā)《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》和《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》，體現(xiàn)了國家層面對新型儲能的高度重視，但其中內(nèi)容有不少是傳統(tǒng)儲能技術或傳統(tǒng)儲能技術的延伸，涉及的新一代儲能技術尚缺乏前瞻性。對新一代儲能材料涉及更少，極具潛力并具有資源優(yōu)勢的鎂電池也未涉及。

（一）科學確定新型儲能技術和產(chǎn)業(yè)領域及其戰(zhàn)略發(fā)展重點

中央和地方政府密集出臺相關政策和文件支持新型儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但目前很多文件和政策中有不少內(nèi)容并沒有真正厘清什么是新型儲能技術、新型儲能產(chǎn)業(yè)以及新型儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點，有不少內(nèi)容把傳統(tǒng)儲能產(chǎn)業(yè)的改進作為新型儲能產(chǎn)業(yè)。就像當初把電動汽車說成新能源汽車一樣，而用火電的電動汽車并不是新能源汽車。建議中央有關部門加大戰(zhàn)略研究力度，科學確定新型儲能技術和產(chǎn)業(yè)領域，科學確定戰(zhàn)略發(fā)展重點。只有做到科學分類，才能合理制定政策支持范圍。

（二）加大對顛覆性、前沿性新一代儲能材料與裝備技術的開發(fā)投入，高度重視具有戰(zhàn)略意義的鎂儲能材料的開發(fā)應用

沒有新一代儲能材料的發(fā)展就不可能有新一代儲能技術，要把新型儲能材料的發(fā)展作為重中之重。在新一代前沿性儲能材料領域，中國在國際上有顯著的技術基礎和優(yōu)勢。重慶大學國家鎂合金工程技術研究中心建有世界上最大的鎂電池研究團隊和鎂固態(tài)儲氫團隊，開發(fā)的多種鎂離子電池和鎂儲氫材料的主要指標均處于國際前沿。上海交通大學等單位在鈉電池的發(fā)展中成績顯著，多款鈉電池的技術指標處于世界領先水平，鎂固態(tài)儲氫工程化也正在積極推進。北京有色金屬研究總院等在稀土固態(tài)儲氫方面已開始規(guī)模化產(chǎn)業(yè)應用。廣東省科學院、重慶大學、中國汽車研究院等在新一代儲能裝備與檢測技術等方面也已有一定的工作基礎。中國有能力整合全國和全球的力量開展工作，但目前國家在真正的新一代儲能材料與裝備上支持力度并不大。建議有關部門在強化對抽水蓄電等傳統(tǒng)儲能技術改進和推廣的同時，加大整合力度，發(fā)揮制度優(yōu)勢，突出中國以鎂為代表的戰(zhàn)略資源優(yōu)勢，加大對顛覆性前沿性新一代儲能材料與裝備技術的開發(fā)投入。

（三）盡快規(guī)劃建立全國新型儲能材料與裝備研究院，啟動建設新型儲能材料與裝備國家實驗室

研發(fā)平臺是人才聚集和產(chǎn)業(yè)技術開發(fā)的基礎，沒有先進完整的研究平臺，新一代儲能材料與裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展就不可能有大的突破。目前全球新一代儲能材料與裝備的研究盡管已成為熱點，但研究平臺呈現(xiàn)小而散的特點，目前是建設世界級高水平平臺的重大機會。中國有制度優(yōu)勢，可以充分發(fā)揮集中力量辦大事的科研攻關能力，完全可能實現(xiàn)3—5年內(nèi)在新一代儲能材料與裝備領域建成世界級研究平臺，聚集一批世界級人才開展工作，開發(fā)一批國家急需的新能源儲運材料與裝備技術。重慶市在新一代儲能材料與裝備領域建有一個國家工程技術研究中心和4個相關的國家實驗室，具有良好的技術優(yōu)勢和工作基礎，建議整合重慶等有關省市的基礎，加強頂層設計，全方位布局，盡快啟動籌建國家實驗室。

（四）加快發(fā)展新一代儲能材料與裝備專業(yè)技術服務機構

專業(yè)技術服務機構可以為新一代儲能材料與裝備的開發(fā)提供基礎保障，有利于加快新一代儲能材料與裝備的開發(fā)應用。建議加快推進建設新一代儲能材料與裝備專業(yè)技術服務機構，鼓勵第三方研發(fā)、試驗、檢測檢驗機構做大做強，加快建設國家氫能動力質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，規(guī)劃建立一流的碳排放檢測平臺；實施標準化發(fā)展戰(zhàn)略，建立完善的標準化工作機制，強化標準實施與監(jiān)督；構建面向全行業(yè)的研發(fā)、試驗、認證、檢測、計量等公共服務體系。

（本文節(jié)選自“現(xiàn)代化新征程叢書·第二輯”之《儲能產(chǎn)業(yè)：碳中和背景下的新賽道》，張長令、吳鵬飛主編，中國發(fā)展出版社2024年6月第1次印刷，略有刪減）

（作者系中國工程院院士、亞太材料科學院院士、輕金屬專家?，F(xiàn)任重慶大學教授，國家鎂合金材料工程技術研究中心主任，重慶市科學技術協(xié)會主席，重慶市科學技術研究院院長，中國材料研究學會副理事長）