钠谛承研双高型超级电容器项目通过中国电机工程学会鉴定

2020年5月29日

历经8年“基础研究-技术研发-应用实证”接力攻关
11日，由中国电机工程学会主办的“双高型超级电容器关键技术、装备与工程应用”项目技术鉴定会
在南方电网电力科技股份有限公司成功举办
钠谛科技作为项目完成单位之一列席参会

▲ 图为双高型超级电容器项目技术鉴定会现场

本项目由中国科学院上海硅酸盐研究所、上海交通大学、广东新型储能国家研究院、南方电网电力科技股份有限公司、上海空间电源研究所、中科战略新材研究院、北京钠谛科技有限公司、广东珠海金湾发电有限公司、宁波中车新能源科技有限公司、广东电网、上海奥威科技开发有限公司、南通江海储能技术有限公司、东莞东阳光科研发有限公司等单位完成。会议采用线上、线下相结合方式举行。

鉴定委员会听取了项目的工作报告、技术报告、检测报告、科技查新报告和应用情况的介绍，审阅了相关技术资料，经质询和讨论，鉴定委员会认为，项目围绕双高型超级电容器关键材料、器件、集成与应用等方面展开了深入研究，取得诸多创新成果。

新理论，破解比容低难题

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▲ 图为新型氮掺杂少层碳材料设计原理及性能

在关键材料方面，项目针对现有电极材料比容量低的难题，首次提出“双结构功能区”材料构效设计新理论，破解了高容量储能与高倍率放能之间的制约；探索出“多时空拓扑许可”材料制备新方法，研制出具有“高活性氮储能+高导电sp²碳”双结构功能区的新型氮掺杂少层碳材料，量产比电容达710 F/g；制备出具有“单晶体相高储能+纳孔离子快迁移”双结构功能区的钛铌氧化物负极，实现200C超大倍率下比容量达230 mAh/g。

新机理，研制双高型超级电容器件

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▲ 图为双高型储能器件制造原理及性能

在核心器件方面，针对当前超级电容无法兼具高能量密度与高功率密度的“双高”难题，创新性提出融合“体相+表层”协同储能新机理，采用高比容高导电电极材料、低界面内阻集流体等关键新材料以及预嵌锂等技术，在国际上率先研制出比能量104.5 Wh/kg、比功率11.5 kW/kg的双高型超级电容器；突破双高型超级电容器国产化瓶颈，建成并成功运行我国首条年产能3000万瓦时国产化量产线，量产产品比能量 > 80 Wh/kg、比功率 > 10 kW/kg、寿命 > 50000次。

新技术，装备集成指标实现新突破

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▲ 图为双高型超级电容储能装备集成

在装备集成方面，针对兆瓦级双高型超级电容器高功率运行工况下温差大、一致性低、效率低等难题，研发出“流场调控+自动降损”高效热管理技术，首次实现4MW/0.67MWh规模双高型超级电容储能装备集成，系统温差＜6℃，能量效率＞92%；提出针对调频工况的双高混合型超级电容寿命预测模型及加速老化测试方法，建成基于数据及模型驱动的混合型超级电容状态评估与智能运维平台，实现了超级电容装备的数智化运维。

新标准，填补超容储能标准空白

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在应用技术方面，创新性提出将兆瓦级“锂电+超容”混合储能应用于储能辅助调频领域，开拓出超级电容大规模应用模式；针对调频工况下混合储能系统电池与超级电容寿命不匹配、SOC不均衡、多类型能源技术协同运行困难等问题，提出“电容优先”的超容-电池异步运行、综合补偿度实时优化的混合储能联合调频运行控制技术，锂电池动作频次减少了13.5%，综合调频性能指标K值由0.5显著提升至1.4以上。牵头编制出《电力储能用超级电容器》等行业标准，填补了能源行业电力储能用超级电容器标准空白。

▲ 图为全球已投运容量最大的超容储能项目广东珠海金湾电厂混合储能调频项目

项目成果已首次成功应用于火电厂储能调频项目，包括我国首个“超容+”混合储能调频项目“华能罗源电厂5MW*4min超容+15MW/7.5MWh锂电混合储能调频项目”，华南区域首个“超容+”混合储能调频项目、全球已投运容量最大的超容储能项目“广东珠海金湾电厂4MW*10min超容+16MW/8MWh锂电混合储能调频项目”，国家能源局2024年第1号文批复国家新型储能试点示范项目广东省新型储能创新中心产学研用协同创新基地“50MW/5MWh超级电容器储能项目”、广东省新型储能创新中心顺德实证基地“100MW/10MWh超级电容器储能项目”等。在轨道交通、后备电源、电网电压支撑等领域也得到广泛应用。经济和社会效益显著。

鉴定委员会认为，本项目产出了覆盖“关键材料设计新理论-储能新机制-规模化制造新技术-国产化量产线建设-智能电网应用”全链条的系列创新成果，具有显著社会效益、经济效益和应用前景，总体上达到国际领先水平。

▲ 图为本项目负责人兼第一完成人、上海交通大学讲席教授黄富强讲话

本项目负责人兼第一完成人、上海交通大学讲席教授、中科战略新材研究院院长黄富强表示，新型电力系统下，电网频率失稳风险加剧。发电侧风光储平滑入网、输配电测变电站调频、用电侧后备电源等亟需功率型储能器件提供短时、高功率峰值脉冲。以火电调频为例，每天秒级充放电次数高达上千次，锂电池作为一次调频储能系统，标称5000次循环寿命难以满足要求。本项目将继续巩固双高型超级电容器储能调频成功实证经验，不断拓展该技术在能源电力系统中的应用场景，为推动新型储能高质量发展贡献力量。

▲ 图为本项目鉴定专家委员会主任委员、中国工程院院士饶宏讲话

鉴定专家委员会主任委员、中国工程院院士饶宏认为，本项目在国际上首次实现了兆瓦级超级电容器储能火电调频应用，为超级电容器参与电力系统调频探索出一条新路，对提高我国新型电力系统安全性、稳定性作出了扎实贡献。本项目经过量产市场应用和实战工程验证，技术指标具领先性、经济效益具竞争力，有望发展成为电网调频领域主流技术路线、市场前景广阔。