GGII：本征安全优势凸显，新型水系电池将加速应用

近年来储能安全事故频发，日前某储能电站着火事故再一次敲响了业界对于储能安全的“警钟”。据GGII统计，近年来锂电池起火事故原因，除后期电站安全防控体系建设不足外，还与电池材料有关，易燃的有机电解质在过充和短路时会分解，并释放大量热量及易燃气体，导致电池燃烧，进而影响储能电站安全。

（文章来源 公众号：新产业智库 ID：weixin-gg-ii 作者：GGII）

部分储能电站起火事故发生原因统计

(资料图片)

解决材料问题引起安全事故的措施，主要是在电解液内部加入相应的添加剂，使得其具备阻燃、低发热等特性。而使用以水为电解质溶剂的水系电池简单直接地规避了上述缺陷。同时，与有机电解质相比，水系电解质避免了有毒的有机物挥发造成的危险和爆炸的可能性，而且不具备氧/水的敏感性，在制造电池过程中装配环境要求大大降低。另外相比于有机电解质的电导率，水系电解质的电导率通常可以达到几十，极大地满足了快速充电的效率需求。

锂离子电池热失控时序图

资料来源：《锂离子电池储能电站热失控预警与防护研究进展》，2023年8月

电解质可以分为有机电解质溶液、离子液体、固态电解质、水系电解质溶液等。水系电解质溶液是一种含有适当浓度电解质盐的水溶液，具有安全、环保、无毒和高电导率等优势，被广泛应用于上一代镍镉电池和镍氢电池等低电压电池和电化学电容器中。在电化学储能领域，含水电解质主要用于电化学电容器（超级电容器）、离子电容器、离子电池、铅酸电池、镍氢电池等，主要是低电压的电化学储能。

水系电池（Aqueous battery）是一种使用水基溶液作为电解质的电池，核心是含水电解质，与有机电解质相比具有本征安全的特性，与固态电解质相比接触界面更好，但也存在水位窗口低的缺点，理论值仅为1.23V，在实际应用中导致能量密度偏低。

按照水系电池中载流子种类区分，可分为非金属载流子（H+、F−、NH4+等）和金属载流子（Li+/Na+/K+，Mg2+、Ca2+、Zn2+、Al3+等）型水系电池。其中以质子为代表的水系电池由于可选电极材料较少、工作电压较低，且电解液为强酸性，导致其发展缓慢。而多价金属载流子（Mg2+、Ca2+、Zn2+、Al3+等）具有高电子转移数，使得其在电网或大型储能电站应用更具优势。

典型水系电池性能参数对比

资料来源：高工产研储能研究所（GGII），2023年8月

目前除铅酸外的新型水系电池在技术成熟度、成本等方面尚未完全商业化。以新型水系电池铁镍电池为例，其成本在1.5元/Wh，显著高于目前主要应用的锂电池。

典型水系电池价格及预测（元/Wh）

数据来源：高工产研储能研究所（GGII），2023年8月

8月12日，CCTV-2央视财经频道《对话》节目现场，中国科学院院士、南开大学副校长陈军教授提出，新型储能会百花齐放，“水系电池，特别是像液流、水系铁镍电池”，更值得期待。GGII预计由于新型水系电池本质安全的核心优势，未来有望在储能市场提高占比，铁镍和液流电池由于初始投资成本较高、循环寿命较长，在长时储能领域更有机会实现加速示范和应用。