榆林創(chuàng)新院中的智能機(jī)械臂

儲(chǔ)能技術(shù)是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵支撐技術(shù)。液流電池儲(chǔ)能技術(shù)具有安全可靠、壽命長(zhǎng)、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，成為規(guī)模儲(chǔ)能的首選技術(shù)之一。近年來，隨著大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)安全性、壽命等要求越來越高，液流電池儲(chǔ)能技術(shù)得到廣泛關(guān)注。

所謂液流電池，指的是正、負(fù)極電解質(zhì)溶液存儲(chǔ)于外部?jī)?chǔ)罐中，通過泵和管路輸送到電池內(nèi)部進(jìn)行反應(yīng)的電池體系。其中，鋅溴液流電池因具有本質(zhì)安全、電解液易恢復(fù)、可循環(huán)利用、能量密度高等特點(diǎn)在分布式儲(chǔ)能及用戶側(cè)儲(chǔ)能領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。

近年來，陜西省榆林市在潔凈能源的開發(fā)與利用方面做了諸多積極探索。2019年12月，中國科學(xué)院與陜西省政府簽署《共創(chuàng)榆林國家級(jí)能源革命創(chuàng)新示范區(qū)戰(zhàn)略合作協(xié)議》，積極創(chuàng)建榆林國家級(jí)能源革命創(chuàng)新示范區(qū)，建設(shè)以多能融合大型集成示范為核心的產(chǎn)業(yè)化示范基地。2022年8月，榆林中科潔凈能源創(chuàng)新研究院（以下簡(jiǎn)稱“榆林創(chuàng)新院”）在此背景下正式投入運(yùn)營。

在榆林創(chuàng)新院的園區(qū)內(nèi)，一個(gè)不起眼的鐵皮箱卻凝結(jié)著科研人員數(shù)十年的心血，這是分布式儲(chǔ)能領(lǐng)域的代表成果——100kWh（千瓦時(shí)）級(jí)鋅溴液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。

雖然鋅溴液流電池?fù)碛兄T多優(yōu)點(diǎn)，但之所以沒有產(chǎn)業(yè)化、普及化，其局限性也相當(dāng)明顯。

首先，鋅溴液流電池負(fù)極沉積反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致鋅不均勻沉積、鋅枝晶（電解液中的反應(yīng)物離子擴(kuò)散至電極表面的凸起處，形成鋅枝晶。鋅枝晶不斷生長(zhǎng)會(huì)刺破隔膜，最終導(dǎo)致電池短路失效）造成電池短路，導(dǎo)致電池可靠性較差；其次，電池容量受限于電極上可供鋅沉積的有效空間；再次，放電過程中容易出現(xiàn)電壓不均勻的情況，實(shí)際應(yīng)用過程中，電堆串聯(lián)越多，電堆與電堆之間的均一性越難得到保證，不利于電池的穩(wěn)定運(yùn)行。

簡(jiǎn)而言之，雖然鋅溴液流電池?fù)碛兄T多優(yōu)點(diǎn)，但受限于上述關(guān)鍵技術(shù)的難點(diǎn)和痛點(diǎn)，其商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化、普及化生產(chǎn)仍有一段距離。

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所自2008年開始，從事鋅溴液流電池儲(chǔ)能技術(shù)的研究開發(fā)工作，在15年的研究基礎(chǔ)上，積累了豐富的研究經(jīng)驗(yàn)和深厚的研究基礎(chǔ)，初步解決了鋅溴液流電池運(yùn)行過程中電流密度偏低、鋅枝晶、面容量偏低等問題，同時(shí)通過模擬仿真技術(shù)、調(diào)整電堆內(nèi)部流場(chǎng)分布，優(yōu)化電堆運(yùn)行策略，大幅度提高了電池能量密度。2022年，開發(fā)出單堆能量30kWh級(jí)鋅溴液流電池電堆?；诖思夹g(shù)，與陜西華秦儲(chǔ)能技術(shù)有限公司合作，集成出100kWh鋅溴液流電池系統(tǒng)，在榆林創(chuàng)新院成功并網(wǎng)運(yùn)行（榆林創(chuàng)新院是中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的榆林基地）。

100kWh鋅溴液流電池系統(tǒng)為何要在榆林創(chuàng)新院并網(wǎng)運(yùn)行？這源于榆林市豐富的自然資源。

榆林化石能源資源豐富，煤、油、氣等多種資源聚集，儲(chǔ)量在全國位于前列。然而，在“雙碳”目標(biāo)下，榆林迫切需要能源行業(yè)的綠色低碳發(fā)展。100 kWh鋅溴液流電池系統(tǒng)落地榆林創(chuàng)新院將為推動(dòng)分布式能源的普及應(yīng)用提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，這也是榆林創(chuàng)新院設(shè)立的宗旨之一。

雖然榆林創(chuàng)新院并非100kWh鋅溴液流電池系統(tǒng)的研發(fā)機(jī)構(gòu)，但是他們肩負(fù)著該系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)、監(jiān)測(cè)的重任，為該系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行提供有力的保障，為后續(xù)鋅溴液流電池系統(tǒng)甚至新能源行業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

除了圍繞能源探索清潔高效利用方式與耦合替代方式之外，數(shù)智化集成也是榆林創(chuàng)新院的重點(diǎn)研究方向之一。

榆林創(chuàng)新院深耕數(shù)智催化新技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，利用自動(dòng)化、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、數(shù)字孿生等新型技術(shù)與催化技術(shù)研發(fā)深度融合，打造了數(shù)智化AI催化實(shí)驗(yàn)室。

榆林創(chuàng)新院的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，由AI系統(tǒng)操控的智能機(jī)械臂正在忙碌地運(yùn)轉(zhuǎn)，提取化學(xué)試劑、配比調(diào)和、離心分散……智能機(jī)械臂已經(jīng)能代替科研人員從事大部分實(shí)驗(yàn)工作，尤其是大量的調(diào)試性、測(cè)試性的實(shí)驗(yàn)。榆林創(chuàng)新院的數(shù)智化實(shí)驗(yàn)室將科研人員從大量繁雜重復(fù)的機(jī)械性實(shí)驗(yàn)中解放出來，降低了實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤率，提高了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性?；趯?shí)驗(yàn)大數(shù)據(jù)，智能分析平臺(tái)還可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果快速提供分析報(bào)告，極大地提升了科研效率。整套系統(tǒng)的數(shù)智化程度在國內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室中位居前列。

目前，榆林創(chuàng)新院已經(jīng)完成了數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)、催化劑合成制備、反應(yīng)器裝樣、性能檢測(cè)等全流程的人工智能化和自動(dòng)化，月均處理樣品達(dá)500～1000個(gè)。

榆林創(chuàng)新院牢記自身使命，致力于為榆林打造世界一流高端能源化工基地，為建設(shè)國家級(jí)能源革命創(chuàng)新示范區(qū)提供科技支撐，為國家和陜西省能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供系統(tǒng)的解決方案，推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。