在我國“碳達峰、碳中和”的目標指引下，新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼，其中以鋰電池為主要代表的新型儲能成為全球經(jīng)濟復(fù)蘇的關(guān)鍵抓手，在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)工作中的位置也越發(fā)醒目。
然而儲能行業(yè)的發(fā)展也面臨著諸多難題，近的有惡性競爭、落后產(chǎn)能過剩、優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能釋放緩慢的行業(yè)困擾，中期的有安全性、使用壽命、應(yīng)用場景的局限，更遠的是儲能規(guī)?；瘧?yīng)用過程中的成本壓力。
儲能玩家們?nèi)绾螐睦Ь种型粐A得冠軍寶座，從而讓儲能這最后一塊“拼圖”順利嵌入構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的宏大版圖中，材料端的技術(shù)突破成為了關(guān)鍵看點。
材料是新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的起點
眾所周知，歷次科技革命的本質(zhì)都是材料學(xué)的突破，愛迪生通過上千次實驗發(fā)現(xiàn)竹炭燈絲材料做的白織燈泡亮度更好，因此得以給人類帶來嶄新光明。硅材料工藝的完善和半導(dǎo)體器件的微型化推動了計算機、通信設(shè)備的迅猛發(fā)展。
實際上通過材料創(chuàng)新改變世界的企業(yè)真實案例很多，美國鋁業(yè)、杜邦、拜耳、GE塑料、陶氏化學(xué)、日本帝人、日本TORAY、韓國LG等大型跨國公司，其在全球產(chǎn)業(yè)鏈上的統(tǒng)治力表現(xiàn)均來自于每一家第一無二的核心材料技術(shù)。
而材料學(xué)的發(fā)展同樣是新能源產(chǎn)業(yè)運轉(zhuǎn)的底層邏輯——電池的性能和效率很大程度上取決于材料的選擇和設(shè)計。近年來，新型電池材料的研發(fā)和應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，如硅負極材料、固態(tài)電解質(zhì)材料等，以提高電池的能量密度、循環(huán)壽命和安全性能。
這些新材料的應(yīng)用推動了電池技術(shù)的發(fā)展，聯(lián)動了新能源產(chǎn)業(yè)的興起。甚至光伏發(fā)電技術(shù)從多晶到單晶的轉(zhuǎn)型，包括N、P電池路線的選擇，從根上來講，每一次的選擇也是基于比較不同材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。
在新能源領(lǐng)域，近些年憑借材料創(chuàng)新突破而享受到“技術(shù)紅利”的當(dāng)屬協(xié)鑫集團，公司花費十年時間創(chuàng)造的硅烷流化床法(FBR)批量生產(chǎn)顆粒硅，綠豆大的顆粒硅形似球狀，流動性好，更好滿足復(fù)投料尺寸要求，無需破碎避免損耗和降低破碎成本，并消除破碎過程中引入雜質(zhì)的風(fēng)險。
這種材料端的研發(fā)創(chuàng)新為協(xié)鑫集團帶了強大的成本優(yōu)勢，也成為光伏行業(yè)降本增效的重要推動力。
材料是儲能電池降本“密鑰”
目前，鋰離子電池由于其高能量密度、長壽命、安全性好等優(yōu)點已成為目前儲能電池市場中的主流產(chǎn)品。而鋰離子電池的主要原材料中，正極材料為主要成本?，F(xiàn)階段正極材料迭代正在加快，而簡工序、高效能、低成本是主流方向。
在近日舉行的SNEC國際儲能與氫能技術(shù)大會暨展覽會上，協(xié)鑫集團首次亮相了“鑫源”儲能專用LFP正極材料，該材料能使電池循環(huán)次數(shù)從8000次增加至15000次，提升接近兩倍;采用該正極材料的電芯能量密度、安全性、使用壽命和高低溫性能也均有長足的進步。
同時，協(xié)鑫集團在材料端最大的亮點在于獨創(chuàng)的PHY法磷酸鐵鋰工藝是100%自主開發(fā)，其工序技術(shù)難突破，協(xié)鑫團隊掌握核心工藝，建立了較高的技術(shù)壁壘。
相比傳統(tǒng)磷酸鐵鋰工藝技術(shù)泛濫、成本高、工藝復(fù)雜、電性能普通等弊端，PHY法磷酸鐵鋰工藝由傳統(tǒng)的十一步合成縮短至四步合成。PHY法磷酸鐵鋰工藝通過徹底改變原材料，成本較傳統(tǒng)磷酸鐵鋰工藝大幅降低，同時工藝簡化，設(shè)備優(yōu)化，砂磨和燒結(jié)設(shè)備減少;生產(chǎn)過程不涉及化工，無工藝廢水廢渣廢氣，可迅速放量，更加綠色環(huán)保。
此外，PHY法下材料的壓實和容量比同行磷酸鐵鋰工藝性能更優(yōu)，單體設(shè)備產(chǎn)能高，同樣的設(shè)備投入產(chǎn)能是傳統(tǒng)工藝近2倍。
而在負極材料上，協(xié)鑫集團同樣有自己的“黑科技”——硅碳(Silicon-Carbon Anode Material)，硅碳原料利用顆粒硅副產(chǎn)物，硅碳負極目前被業(yè)內(nèi)譽為下一代負極材料，可替代石墨。而與同等級硅粉相比，硅碳成本低、硅粉純度高、粒徑細，材料特性更優(yōu)。
在材料的深層次研發(fā)升級上，協(xié)鑫的科研創(chuàng)新也并未止步：目前協(xié)鑫二代物理法硅碳首效純度>89%，應(yīng)用領(lǐng)域新能源車、動力工具等;協(xié)鑫三代氣相法硅碳 首效純度>90%，應(yīng)用領(lǐng)域3C電子、新能源車等。
基礎(chǔ)材料端的技術(shù)升級，最終體現(xiàn)在了協(xié)鑫集團儲能產(chǎn)品參數(shù)優(yōu)勢上，比如，“鑫衛(wèi)+”PACK的電芯溫差<2℃、能量密度提升20%、電氣安全增加>50%，容量也從104.5kWh提升至200kWh。而更進一步，采用了先進材料技術(shù)的“鑫宇+”系列液冷儲能一體艙容量也從5.015MWh提升至6.00MWh，目前處于行業(yè)領(lǐng)先地位。
儲能行業(yè)在材料端的突破之所以那么重要，在于新材料往往能同時實現(xiàn)多方面的綜合效益提升，這是因為材料應(yīng)用學(xué)本身的邏輯就在于“全面優(yōu)化”，單一維度的性質(zhì)改善，在材料研發(fā)進程中是沒有意義的，一句話來說，材料學(xué)追求的是“均衡”而不是“突出”。
拿協(xié)鑫PHY一步物理干法磷酸鐵鋰舉例，相比于傳統(tǒng)生產(chǎn)流程通常需要在化工園區(qū)進行，PHY一步物理干法磷酸鐵鋰的生產(chǎn)過程采用的是一種干法工藝，不需要使用有機溶劑，也沒有高溫反應(yīng)環(huán)節(jié)，因此可以在非化工園區(qū)進行生產(chǎn)。
這樣一來，PHY一步物理干法磷酸鐵鋰將不受化工園區(qū)的限制，可以在更廣泛的地區(qū)進行生產(chǎn)，降低物流成本和運輸風(fēng)險，更好地滿足市場需求。同時生產(chǎn)過程更簡化，不需要建設(shè)和維護復(fù)雜的化工設(shè)施，可以降低生產(chǎn)成本。
所以，更安全、更綠色、更經(jīng)濟，這些在PHY一步物理干法磷酸鐵鋰統(tǒng)一實現(xiàn)了，這就是材料驅(qū)動進步的美妙之處。
一體化優(yōu)勢打造儲能成本“最優(yōu)解”
今年三月份，協(xié)鑫集團董事長朱共山在中國有色金屬工業(yè)協(xié)會主辦的企業(yè)家高峰論壇上表示：碳達峰、碳中和目標背景下，硅材料和鋰材料作為兩大戰(zhàn)略性新興材料，正在能源轉(zhuǎn)型變革中發(fā)揮重要的推動作用。而協(xié)鑫集團由材料端開始層層夯實的基礎(chǔ)優(yōu)勢，與公司一體化戰(zhàn)略布局密切相關(guān)。
一體化為材料研發(fā)帶來的首先是原料優(yōu)勢：作為協(xié)鑫硅產(chǎn)業(yè)鏈的延伸項目，原料(硅粉、硅烷)來源于GCL—FBR顆粒硅裝置，與基礎(chǔ)材料打交道更多，更了解不同材料的性質(zhì)，更便于研發(fā)出行業(yè)領(lǐng)先級新材料。
其次是人才優(yōu)勢，協(xié)鑫集團擁有十余年氯硅烷體系化工經(jīng)驗，已成功開發(fā)了GCL法多晶硅、電子級多晶硅和流化床顆粒硅產(chǎn)業(yè)，在硅能源產(chǎn)業(yè)擁有先進的品質(zhì)管理經(jīng)驗、基礎(chǔ)和理念，也積累了一大批優(yōu)秀的技術(shù)攻關(guān)人員。
新材料的研究和開發(fā)始終是新能源技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵。而協(xié)鑫集團正通過材料技術(shù)突破把光伏的降本成功經(jīng)驗帶到儲能行業(yè)。
喬治•林肯曾說過，“沒有材料，工程師就無法實施創(chuàng)新，沒有創(chuàng)新，世界就無法進步。”德國的尤金•博蘭教授則認為“材料科學(xué)是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和解決全球挑戰(zhàn)的關(guān)鍵領(lǐng)域，從節(jié)能減排到新能源開發(fā)，都需要先進材料的支持和推動。”
協(xié)鑫集團董事長朱共山近日也發(fā)表過類似看法，其認為當(dāng)下科技已經(jīng)垂直貫穿于材料、制造與應(yīng)用三大環(huán)節(jié)，儲能全產(chǎn)業(yè)鏈正在迭代升級，需要通過材料端革命帶動制造端革命，催生應(yīng)用端多元化生態(tài)場景，讓行業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量健康發(fā)展。
“材料掘金”構(gòu)建儲能行業(yè)全新增長曲線
當(dāng)下，儲能行業(yè)方興未艾，受益于市場需求和政策導(dǎo)向雙重驅(qū)動，我國新型儲能規(guī)?；瘧?yīng)用趨勢逐漸呈現(xiàn)。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國30多個省市出臺的儲能規(guī)劃及政策，均要求新能源項目配建儲能，配置比例基本在10%-20%，其中河南、陜西、廣西、西藏等地要求儲能配置比例達到20%，部分項目儲能時長達到4-6小時。
而要想快速推動儲能規(guī)模化應(yīng)用、實現(xiàn)儲能行業(yè)的“高質(zhì)量健康發(fā)展”，現(xiàn)存的幾個“行業(yè)堵點”亟待解決。一方面是產(chǎn)品端，儲能產(chǎn)品要能夠做到高效、安全、綠色和經(jīng)濟性等。
前面我們提到了，材料端的升級往往能夠帶來產(chǎn)品層面的全面優(yōu)化，在產(chǎn)品端的體現(xiàn)之外，解決行業(yè)當(dāng)下困境同樣要看材料突破。
上海SNEC儲能展會期間，朱共山說，“產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重，價格戰(zhàn)愈演愈烈，沖業(yè)績、搶份額、報價跌破成本，這是儲能行業(yè)的現(xiàn)狀。”
根據(jù)朱共山在展會開幕式上介紹，儲能項目行業(yè)投標價格在半年內(nèi)下降了三分之一，產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重。很多情況是：一個新玩家買來生產(chǎn)線，找來幾個人拉上投資就干，然后很低的報價搶訂單，搞得行業(yè)一半春天，一半寒流。
根據(jù)CNESA DataLink全球儲能數(shù)據(jù)庫的不完全統(tǒng)計，2023年9月，儲能EPC中標均價1407.47元/kWh，同比下降25%，環(huán)比下降8%;儲能系統(tǒng)中標均價993.01元/kWh，持續(xù)下行，2小時磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)最低中標價格跌破900元/kWh。造成這一現(xiàn)狀的原因，則與產(chǎn)量供應(yīng)增加，以及上游成本下行有關(guān)。
中科院黃維院士亦曾表示，“內(nèi)卷”背后，其實是創(chuàng)新的匱乏。不能通過創(chuàng)新帶來新的增量價值，陷入低水平的存量競爭。但凡增長停滯，發(fā)展放緩，必然會帶來“內(nèi)卷”。因此，要開辟新賽道，要開道超車，以創(chuàng)新帶增量，發(fā)現(xiàn)新機遇，制造新紅利。
近年來儲能行業(yè)紛紛意識到材料的重要性，無論是仍在研發(fā)進程中的鈉離子電池、耐高溫電芯還是全新電解液配方，都是各家企業(yè)圍繞材料發(fā)現(xiàn)、應(yīng)用和創(chuàng)新進行的比拼。毫無疑問“發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)材料”將成為儲能規(guī)模化應(yīng)用最重要的一環(huán)，“應(yīng)用基礎(chǔ)材料”也是儲能設(shè)備降本增效必由之路，而“材料創(chuàng)新能力”更將是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)之下最牢固的基石。
未來儲能行業(yè)要想擺脫一味追求數(shù)量和規(guī)模擴張的競爭模式，徹底告別內(nèi)卷，駛?cè)敫哔|(zhì)量軌道，勢必要回歸材料創(chuàng)新這條路上來。正如朱共山所說，政策已經(jīng)將儲能扶上馬，而這個行業(yè)要想走得好，走得長遠，關(guān)鍵還是要靠市場之手。大家通過科技創(chuàng)新推動行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。我們制造業(yè)就是要通過這六個字：科技、品質(zhì)、成本，來實現(xiàn)自身發(fā)展。
儲能行業(yè)里沒有“遙遙領(lǐng)先”，產(chǎn)品優(yōu)勢要抓“底層材料”，唯有專注于本質(zhì)的創(chuàng)新和理性主導(dǎo)的競爭，才能幫助行業(yè)徹底跳出低效內(nèi)卷的惡性循環(huán)，引領(lǐng)新能源產(chǎn)業(yè)形成發(fā)展共贏的良性運作體系。
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