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31岁的郑大人做了什么事，让香港《文汇报》整版报道？

大学作者：郑州大学 2021-05-21 19:29:10

锂电池安全何以有效解决？储能成本又应怎样控制？通过发明新型固态电解质熔融锂金属体系，来自电气工程学院的金阳副教授有着自己的答案。今天，小郑与你共同走进他的创新研究。

（文汇报整版报道）

用陶瓷管做固态电解质，31岁的郑州大学副教授金阳发明的新型固态电解质熔融锂金属电池体系，能让「巨型充电宝」——大型电化学储能电站成为更加安全的现实，这种「巨型充电宝」可像手机充电宝一样为小区、工业园区等「充电」，提升新能源利用效率，调配电力使用，进而帮助中国能源进行有效转型。

「创新就是要解决问题。」31岁的金阳本科毕业于郑州大学电气工程学院电气工程专业，在西安交通大学电气工程学院硕博连读期间，他前往美国麻省理工学院和斯坦福大学，开始接触电池的研究。金阳告诉香港文汇报记者，储能技术是提升新能源利用效率、调配电力使用的重要环节，能够助力中国能源转型强有效。目前电化学储能是主流，而这其中90%又都是使用锂电池，但锂电池是不完美的，安全问题一直未被有效解决。

金阳指导学生做实验

陶瓷安全性高杜绝隐患

金阳所发明的固态电解质熔融锂金属电池体系，其结构是以石榴石陶瓷管为固态电解质，以液态高储锂材料为负极、熔融合金为正极，以不锈钢为电池壳，以硅橡胶为密封材料。「该体系的优势是正负极被完全隔离，不存在锂枝晶和穿梭效应，这就杜绝了锂枝晶带来的安全隐患。而且固态电解质即使在高温情况下也不会燃烧，电池也因此更安全。」

「电网储能相当于上万个电池在一起，就好比是一个超大型的充电宝，如果出了安全问题的话，是非常致命的，所以说它的安全性要求更严格。」金阳说，衡量电池的指标有三个，首先是安全性，第二是寿命和能量密度，第三是成本。「要综合考虑这三个方面的因素研究新的电池体系。」

「其实已经有很多人在做固态电解质了，只是每个人的路径不同，而从实验室到产业化也是一道坎。」金阳的想法是用陶瓷管做固态电解质。「通俗点说，陶瓷就跟石头一样，不会着火，使用起来更加安全。」这想法从「种子发芽到长成小树」用了三年时间。

在研究领域里，金阳就像一个心无旁骛的马拉松跑者，在赛道上按照自己的速度一步步向终点跑去。

在美国斯坦福大学崔屹教授课题组留学期间，金阳就开始尝试实践自己的想法，但当时由于时间有限以及实验设备的原因没有完成，后来回国后，金阳又去了清华大学陶瓷国家重点实验室与伍晖副教授和刘凯博士开展合作研究，在2018年把电池的构型给验证了，并正式形成研究成果。

随着碳达峰、碳中和「30·60」目标的提出，以光伏、风电为代表的可再生能源战略地位凸显，作为支撑可再生能源发展的核心环节，储能技术尤其是固态电池储能研究与开发成为科学界与商界追逐的「热门赛道」。

减低成本实现新能源储能

「固态电池研究目前大家都在赛跑，大家有各自的技术路线与赛道。目前谁能一统天下还不一定。」但在金阳看来，最终能够走向产业化的方案肯定是成本低的。

金阳表示，光伏风能本身的成本很低，如果储能的成本无法降下来，是无法与新能源相配合的，也不好建储能电站。

金阳研发的新电池体系具有低成本的优势。新电池体系中的陶瓷固体电解质具有高锂离子选择性。金阳利用这一特性，开发了一种从低纯度氯化锂直接提取高纯度锂金属的方法。利用固体电解质对于锂离子的单一选择性，可以筛除钾、钠等其他的金属，提取出来的金属锂纯度大于99.7%，并且将生产成本降低为当前国际锂金属价格的20%以下。

除此之外，电池工作温度低也能有效降低电池成本。金阳所研发的电池体系与自1960年以来报道的其它液态锂金属电池相比，工作温度从450°C降至240°C。金阳解释道，如果电池在500°C左右工作，需要通过陶瓷焊接进行密封，成本较高。而在200°C左右的条件下，可以使用硅胶进行密封，这就降低了电池的成本。

陶瓷电解质耐高温的特性为电网储能的情景下提供了更多的安全保障。「无论电池体系做多大，运行功率多高，即使瞬间温度提高到四五百度，也没有任何问题，因为陶瓷是在一千多度的环境中烧结出来的。此外，如果运行温度突然下降，电池也会完全停止运行，重新恢复到原来的运行温度后，电池可以续接启动。」金阳说。

储能电站助湾区缓解用电需求

金阳在2020年入选「35岁以下科技创新35人」中国榜单

中国是一个严重依赖煤电资源的国家，随着碳达峰、碳中和「30·60」目标的提出，新能源＋储能已是大势所趋，截至目前，已经有17个省份和地区出台相关政策，要求新能源装机配置储能。

「储能能够有效助力中国能源转型。」金阳说，中国虽然新能源发展迅速，装机量处于老大地位，但发电量却处于比较低的位置。这涉及到一个消纳问题，「新能源发出来的电非常不稳定，不少都被浪费掉了。而这时候就需要储能电站来对电能从时间以及空间上进行平移，可大大提升新能源利用效率。」

「储能电站可以放在城市周边以及新能源发电侧，起到一个辅助调解作用。当电能过剩时可以将多余的电存起来，当电能不足时，可以释放出来，以缓解用电供需矛盾。比如我们国家正在建设的大湾区，对电力的需求以及依赖都比较高，更需要这种巨大的充电宝来对其电能进行调节平衡。」金阳说。

31岁中国科学家研新型储能技术　

居世界前列

作为支撑可再生能源发展的核心环节，储能技术研发成为科学界与商界共同追逐的「热门赛道」。郑州大学31岁副教授金阳发明的新型固态电解质熔融锂金属电池体系，有望改变电网储能行业的技术格局。

金阳表示，目前电化学储能是主流，其中90%是锂电池，但安全问题一直未被有效解决。金阳的想法是用陶瓷管做固态电解质，「陶瓷就跟石头一样，不会着火，更加安全。」凭借该项研究，金阳2020年入选「35岁以下科技创新35人（中国榜单）」，由《麻省理工科技评论》评出，入选者的项目代表全球最前沿科技研究。

金阳告诉记者，储能技术是提升新能源利用效率，调配电力使用的重要环节，能够助中国能源转型一臂之力。「新能源发电不稳定，储能电站可以提升新能源利用效率。」金阳以大湾区为例，表示该处对电力需求高，很适用这种「巨大的充电宝」进行调节。

开发氢气探测预警防止热失控发生

在入职郑州大学电气工程学院之后，金阳在院领导的支持下成立「郑州大学电网储能与电池应用研究中心」，并担任研究中心负责人，将这一电池体系的研究继续推进。

金阳计划将新型锂电池体系进行产业化，首先是将单体电池尽量做大，从而减少电池系统管理的复杂度。

在推进研究过程中，金阳从实际需求出发，首先解决了目前储能电网中存在的安全隐患，也就是充放电过程中锂枝晶析出带来的火灾爆炸风险。金阳开发出一种氢气探测的微量锂枝晶析出灵敏检测方法，可以比热失控早10分钟发出预警信号。通过实验发现，微量锂枝晶析出的时候，会和石墨负极聚合物黏结剂发生反应，从而产生氢气并溢出电池。

修订储能电站消防安全标准

「也就是说，在电池温度没有异常的情况下，非常少量的锂枝晶析出也会触发氢气探测器报警。」为了进一步验证该技术在实际应用中的有效性，研究人员在实际储能舱中开展了锂离子电池单模组过充实验，结果表明，氢气相比于其他气体能够最早被探测到，且探测时间比出现浓烟早639秒，比模块起火早769秒。

目前，江苏省某储能电站已经安装了氢气探测器，金阳团队还参与修订了锂离子电池储能电站的消防安全标准，规定新建设的储能电站必须配备氢气探测器以确保安全。

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