7月25日，歐盟更新了“地平線2020”（2018-2020）計劃中能源和交通運輸部分的項目資助計劃 ，即新增一個主題名為“建立一個低碳、彈性的未來氣候：下一代電池”跨領域研究活動，旨在整合“地平線2020”（2018-2020）分散資助的與下一代電池有關(guān)的研究創(chuàng)新工作，推動歐盟國家電池技術(shù)創(chuàng)新突破，開發(fā)更具價格競爭力、更高性能和更長壽命的電池技術(shù)。新增資助計劃將在2019年提供1.14億歐元用于支持7個主題的電池研究課題，具體內(nèi)容如下：

1、高性能、高安全性的車用固態(tài)電池技術(shù)（資助金額：2500萬歐元）

針對電動汽車，進一步發(fā)展現(xiàn)有的固態(tài)電池技術(shù)，以解決當前固態(tài)電解質(zhì)電池的各種問題，如工作溫度過高、離子傳導性過低、電極電解質(zhì)界面阻抗過高、電池循環(huán)壽命短、生產(chǎn)成本過高等。主要圍繞三種電解質(zhì)材料進行研發(fā)：

（1）無機電解質(zhì)材料，如鈣鈦礦、石榴石、硫化物、鈉超導體等無機結(jié)晶材料和鋰磷氧氮、玻璃態(tài)氧化物等無機非晶材料，由于電解質(zhì)和電極之間的反應性，在電池組裝以及循環(huán)期間存在界面電阻過高和接觸較差的問題。

（2）固體聚合物/聚合物材料，如聚環(huán)氧乙烷、聚合物離子液體、單離子聚合物等，存在離子電導率過低、電化學穩(wěn)定性較差、反應溫度不合適和鋰枝晶問題。

（3）固態(tài)混合電解質(zhì)，解決高電壓下聚合物電解質(zhì)穩(wěn)定性較低、對復合材料界面認識不足等問題。

此外，還將開發(fā)所謂“后鋰離子時代”電池材料，包括采用傳統(tǒng)鋰離子材料的鋰硫電池（如將于2020-2022年間開發(fā)，如以硅/碳（C/Si）為負極的鋰硫電池）和以鋰金屬為負極的全固態(tài)電池（將于2025-2030年開發(fā)）。

產(chǎn)生的預期影響主要有：（1）鋰硫電池能量密度大于350 Wh/kg或1000 Wh/L，鋰金屬為負極的全固態(tài)電池達到能量密度大于400 Wh/kg或1200 Wh/L；（2）到2030年，功率密度大于10000 W/kg情況下快速充電速度超過10C；（3）成本低于100歐元/kWh；（4）提升材料建模能力并維護生態(tài)系統(tǒng)；（5）增強歐洲電池生產(chǎn)價值鏈；（6）完成安全性驗證和知識產(chǎn)權(quán)保護。

2、非車用的電池技術(shù)（資助金額：2400萬歐元）

能源供應低碳轉(zhuǎn)型情況下，需要通過開發(fā)電池存儲技術(shù)來應對儲能挑戰(zhàn)，主要包括：

（1）通過開發(fā)低成本高性能材料（如納米結(jié)構(gòu)、二維材料和電解質(zhì)等新型先進電極材料）和化學品，改進封裝和電池設計以及電池組件生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)更具價格競爭力、更高性能、高度安全和壽命更長的電池存儲解決方案。

（2）安全的存儲技術(shù)，如開發(fā)用于固態(tài)電池的聚合物或固體電解質(zhì)材料。

（3）開發(fā)可持續(xù)材料、環(huán)保生產(chǎn)工藝、二次利用以及在歐洲容易獲取的材料，電池回收應具備大規(guī)模實施和低成本的潛力。

（4）對新的電池存儲解決方案進行循環(huán)性、可靠性和壽命的工業(yè)示范和測試，在歐盟監(jiān)管框架下進行開發(fā)，并考慮其對工業(yè)標準的影響。

（5）對新的解決方案進行包括環(huán)境和經(jīng)濟的全生命周期評估。

產(chǎn)生的預期影響主要有：（1）大幅降低固定式儲能成本，將其降至0.05歐元/千瓦時/周期，并將其他應用的成本降低至少20%，使新技術(shù)更具競爭力和可持續(xù)性；（2）固定式儲能的循環(huán)壽命明顯超出現(xiàn)行標準，在80%放電深度下至少達到5000次循環(huán)；（3）儲能產(chǎn)品可持續(xù)性更強，理想情況下循環(huán)效率超過50%，并經(jīng)過經(jīng)濟可行性驗證。

3、氧化還原液流電池仿真建模研究（資助金額：500萬歐元）

由于能長時間儲存大量電力并能在需要時快速釋放，氧化還原液流電池（RFB）被認為是電網(wǎng)固定式儲能的主要技術(shù)，其能量密度及成本主要由氧化還原電對和電解質(zhì)決定。目前的RFB主要采用非歐洲出產(chǎn)的金屬氧化還原電對，有高度腐蝕性、且有時具有毒性。此外，電池系統(tǒng)大多為水基，會發(fā)生高電壓水電解和膜滲透，影響電池效率、成本、安全性和可持續(xù)性。因此，需開發(fā)數(shù)值模擬模型以及多種電解液和電化學預選材料。仿真模型應模擬新化學品和設計，研究電荷、質(zhì)量和熱量輸運機理，識別電池限制機制，預測電池性能，優(yōu)化設計并擴大規(guī)模，尤其關(guān)注電池的電壓、能量、功率密度、可靠性和成本。

產(chǎn)生的預期影響為：顯著推進研究和工程應用，加速獲得新的非稀有和無毒性的氧化還原電對和電解質(zhì)，降低材料和成產(chǎn)成本，優(yōu)化全尺寸低成本和環(huán)境可持續(xù)RFB系統(tǒng)的設計和性能，以平衡電網(wǎng)中波動性可再生能源。項目成果應在中長期內(nèi)有助于實現(xiàn)歐盟戰(zhàn)略能源技術(shù)計劃（SET-Plan）中設定的目標，并激勵對低碳能源部門的投資，其長期目標是是通過創(chuàng)新驅(qū)動經(jīng)濟增長和固定式儲能的產(chǎn)業(yè)競爭力。

4、適用于固定式儲能的先進氧化還原液流電池（資助金額：1500萬歐元）

開發(fā)和驗證基于新的氧化還原電對和電解質(zhì)材料的RFB，這些材料具有環(huán)境可持續(xù)性，且有較高能量和功率密度，能夠提高電池壽命和效率并降低成本。另外，需對新方案進行全尺寸原型的實驗驗證。具體研發(fā)技術(shù)問題包括：（1）氧化還原對在重復電壓波動下的長期穩(wěn)定性及其溶解性和可逆性：（2）低膜電阻甚至無膜系統(tǒng)；（3）電極反應動力學優(yōu)化；（4）電解質(zhì)/隔膜接觸界面的優(yōu)化；（5）環(huán)境可持續(xù)性研究；（6）毒性、可燃性等安全性研究。

產(chǎn)生的預期影響為：有助于實現(xiàn)SET-Plan設定的目標，到2030年儲能成本將降至0.5歐元/千瓦時/周期以下，項目成果能夠激勵對低碳能源部門的投資，其長期目標是促進創(chuàng)新驅(qū)動的增長和固定式儲能的產(chǎn)業(yè)競爭力，并有助于加速大量波動性可再生能源（尤其是太陽能和風能）與電力系統(tǒng)的整合。

5、先進鋰離子電池的研究與創(chuàng)新（資助金額：3000萬歐元）

開發(fā)下一代鋰離子電池技術(shù)（主要是指以鎳錳鈷（NMC）為正極、Si/C為負極的電池），解決電池系統(tǒng)性能問題，開發(fā)相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)/智能管理系統(tǒng)，考慮與用戶接受度相關(guān)的重要參數(shù)（如用電成本、安全性、大功率充電、耐久性等）、環(huán)境可持續(xù)性（如節(jié)能制造、可回收性和再利用）以及大規(guī)模生產(chǎn)。具體研發(fā)重點有：

（1）電池化學、形態(tài)學和結(jié)構(gòu)研究，包括能量和功率密度最大化，減少關(guān)鍵原材料（特別是鈷）的消耗，開發(fā)正極、負極和電解質(zhì)材料的綠色生產(chǎn)工業(yè)和涂層工藝，從安全性、耐用性和功率容量方面改進電池、電池組和系統(tǒng)級電池的整體性能，化學和工藝的環(huán)境可持續(xù)性改進。

（2）在電池或模塊中開發(fā)智能微傳感器和微電路，用于監(jiān)測和診斷電池狀態(tài)，通過先進電池管理進一步滿足電動汽車使用要求（如使用情況、壽命、溫度條件）。

（3）開發(fā)先進的制造方法和設備，生產(chǎn)更薄的材料層，提高質(zhì)量、品控和產(chǎn)量，從而提高密度并降低成本。

產(chǎn)生的預期影響有：推出具有市場競爭力的下一代鋰離子電池，其能量密度至少達到750 Wh/L，封裝成本降低至90歐元/千瓦時，快速充電能力達到2.5C以上，使用壽命至少滿足2000個深度循環(huán)充電，同等能量密度下比鎳鈷錳電池至少節(jié)約20%的關(guān)鍵材料。

6、鋰離子電池材料及輸運過程建模（資助金額：1300萬歐元）

歐盟缺乏大規(guī)模生產(chǎn)鋰離子電池的技術(shù)和能力，傳統(tǒng)電池設計方法無法滿足設定的2025年第3代和第4代電池技術(shù)發(fā)展目標 。面對這一挑戰(zhàn)，主要從以下方面進行研發(fā)：

（1）基于不同物理模型描述先進鋰離子電池化學和三維結(jié)構(gòu)中微結(jié)構(gòu)的行為。新模型方法需考慮電化學反應、材料結(jié)構(gòu)變化和性能老化問題。

（2）系統(tǒng)化測量用于建模的基本參數(shù)如熱系數(shù)、擴散系數(shù)和電導率等，建立可靠數(shù)據(jù)庫。開發(fā)新的測量技術(shù)和方法以檢測電極結(jié)構(gòu)和電池機械應力、孔隙度和微觀結(jié)構(gòu)等在電池循環(huán)中發(fā)生的變化，確保模擬結(jié)果與實際電池電化學行為高度匹配。

（3）制造具有獨特特征的電池原型或組件，生成輸入?yún)?shù)以初始化模型，并驗證模擬模型的可用性。

（4）電池測試和模型模擬的相關(guān)性驗證，確定不同測試條件下模型的有效性和穩(wěn)定性。

（5）用于評估控制參數(shù)和模型穩(wěn)定性的模型參數(shù)的靈敏度分析。

（6）對電池生產(chǎn)進行模擬、研究和故障預測。

（7）高度優(yōu)化的電池（>300 Wh/kg）綜合性能特性的模擬與實驗研究。

（8）功能衰減、老化和安全等方面電池耐久性驗證的新方法。

產(chǎn)生的預期影響包括：（1）最多減少30%的電池開發(fā)時間和成本；（2）基于不同物理化學分析獲得更好的設計優(yōu)化；（3）將實驗數(shù)量減少三倍；（4）將電池研發(fā)創(chuàng)新成本降低20%。

7、鋰離子電池生產(chǎn)試點網(wǎng)絡（資助金額：200萬歐元）

為了發(fā)展先進鋰離子電池技術(shù)和制造工藝，歐盟各地建立了許多非工業(yè)試點，需在這一基礎上建立鋰離子電池試點網(wǎng)絡，主要從以下方面開展活動：（1）確定歐盟鋰離子電池試點在技術(shù)、生產(chǎn)規(guī)模測試和驗證、專業(yè)知識和專業(yè)化方面的能力；（2）分析試點項目在技術(shù)范例和全球競爭中的能力和設備差距；（3）標準化數(shù)據(jù)交換平臺以進一步提高歐洲的鋰離子電池生產(chǎn)技術(shù)；（4）開發(fā)試點共享接口模型以及學術(shù)研究與工業(yè)生產(chǎn)合作模型；（5）制定通用合同以確保信息安全；（6）確定試點結(jié)果數(shù)據(jù)交換的可行性，開展能源和資源高效利用生產(chǎn)；（6）建立上述要點之后，在歐洲鋰離子電池各試點中開展性能參數(shù)測試，開放外部訪問以比較不同制備方法的優(yōu)劣；（7）組織聯(lián)合研討會，創(chuàng)建相互學習和集中培訓平臺；（8）制定網(wǎng)絡聯(lián)合戰(zhàn)略路線圖，以實現(xiàn)電池技術(shù)從小規(guī)模試點到工業(yè)規(guī)模轉(zhuǎn)化；（9）建立價值鏈上公共和私營利益相關(guān)者的網(wǎng)絡，并對格式進行概念化，以提高網(wǎng)絡的可見度。

產(chǎn)生的預期影響有：（1）進一步發(fā)展歐盟工業(yè)規(guī)模高性能低成本的鋰離子電池生產(chǎn)技術(shù)；（2）更好地發(fā)揮試點的協(xié)同作用；（3）能夠擴大歐盟鋰離子電池專家規(guī)模；（4）確保利益相關(guān)者的公平競爭；（5）建立獨特的銷售模式以提高鋰離子電池的生產(chǎn)效率；（6）實現(xiàn)價值鏈優(yōu)化整合，促進領域創(chuàng)新進步。

原文題目

Horizon 2020: new Next-Generation Batteries call published

原文來源

https://ec.europa.eu/inea/en/news-events/newsroom/horizon-2020-new-next-generation-batteries-call-published