一所学校或企业部门单独实现科研成果转化的道路十分艰难,对于材料学研究而言,实验室科研往往与实际应用存在一定距离,由于难以把握市场需求的变化,部分优秀的实验室科研成果很难转化为商业化的应用性技术或者产品,从而限制了科研创新对社会发展的推动力度。意识到这一问题以后,Hyzinc团队在成立初期就始终强调对新能源技术市场需求的调研,将科技成果转化和市场需求有机结合起来,同时借助近年来学校和企业逐渐加强的相互合作以及谢嫚老师与企业的积极联系,指派团队成员到相关企业学习实践,同企业技术人员、销售人员进行充分的交流,了解技术难点、分析市场产品需求。同时,要求成员每年至少参加一次相关领域产业发展会议或科技成果转化大赛,加强每个人的科技创新成果与企业市场对接意识。
在此基础上,团队对大规模储能和低速电动车市场的市场需求、市场容量、关键技术问题以及政策条例进行了深入的分析。市场调查数据显示,到2025年,我国的电网侧调频和削峰填谷的储能需求预计达到5.8吉瓦,风电和光伏储能需求总量将超过90吉瓦。与此同时,我国低速电动车产业也在飞快发展,到2025年全国低速电动车销量预计达到266万辆。以上这些共同构成了我国对于大规模电化学储能装置的刚性需求,到2025年,市场总额据估算约为305亿元,市场容量十分巨大。然而,大规模储能领域市场还存在着诸多痛点亟待解决。例如,应用于大规模储能领域的电化学储能装置应具有高安全、长寿命、低成本、环境友好等特点,其中最为重要的是兼顾性能与成本;然而,目前市面上常见的电化学储能装置如锂离子电池、铅酸电池等,在大规模储能领域都存在着显著的缺点。例如,锂离子电池虽然能量密度高,但是电芯成本过于高昂,作为原材料的锂金属更是产地分布不均,价格波动极大。同时大规模的锂离子电池装置的安全性也存在着隐患,使用锂离子电池作为储能装置的电动汽车和手机等应用均出现过严重的自燃现象,给人们的生命和财产安全带来了危害。若应用于大规模的储能中,一旦出现安全性问题,后果将不堪设想。铅酸电池也是目前常见的电化学储能装置之一,虽然其价格低廉,符合大规模储能装置的要求,但是循环寿命较低且能量密度较差,更换频率的提高反而抬高了成本。而且铅酸电池的电解液和电极材料对环境和人体都有危害性,大规模应用不利于生态环境保护。
无论是钠离子电池还是水系混合锌离子电池,其在电池能量密度、成本以及环境友好性上均体现出良好的应用前景。尽管在实验室条件下的研究已经取得良好的成绩,但是历史已经证明,一种技术或者一种产品能否实现产业化,能否真正转化为推动社会生产力进步的工具,一定要经过市场的检验。因此,在将科研问题与市场导向相结合的研究思路的指导下,Hyzinc团队始终坚持以解决社会需求为目标的攻坚方向,在电极材料放大化生产、电池组装工艺以及储能模块构建等方面积极与业内知名企业进行交流合作。团队先后前往宁德时代、比亚迪、鹏辉能源等公司进行交流学习,并且聘请相关企业研发部门技术骨干作为技术指导,深度参与团队的项目研发之中。此外,Hyzinc团队还先后前往山东青岛、江苏溧阳以及四川成都等地参与企业交流,深入分析了该体系电池在规模化生产条件上的可行性、目标市场的需求情况以及市场的投资意向,为之后的电池的核心专利申请以及关键的产业化步骤积累了宝贵的经验。(www.daowen.com)
在水系混合锌离子电池的研发过程中,团队数次前往清华大学(固安)中试孵化基地,与研发工程师进行交流。在这一过程中,团队成员发现,水系二次离子电池在循环稳定性以及循环寿命上一直存在明显短板,同时,实验室条件下不太明显的胀气问题在工业化放大之后马上转变成限制电池循环寿命的最大阻碍。就上述问题的解决,团队在结合实验室科研结果的基础上与工程师进行了反复的研讨。团队从界面和电解液两个方面入手,利用创新结构的设计制备了锰酸锂复合材料,实现了比容量和循环稳定性的有效提升。此外,通过一种极具创新性的“water in bisalt”的电解液设计,有效克服了低电流密度下的胀气问题。团队还在工业化生产条件下对该电池体系进行整体的放大和测试,有效验证了水系混合锌离子技术从实验室走向工厂的可行性,最后甚至对电池进行了极端的安全性测试(火烧、针刺实验等),证明了该体系电池的本征安全性,为下一步的商业化尝试打下了坚实的基础。
Hyzinc团队参与学术讨论
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