歐盟2019年計劃資助1.14億歐元支持下一代電池研發

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、彈性的將來氣候：下一代電池”跨范疇研究活動，旨在整合“地平線2020”（2018-2020）分散資助的與下一代電池有關的研究創新工作，推動歐盟國家電池技術創新沖破，開發更具價格競爭力、更高性能和更長壽命的電池技術。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，詳盡內容如下：

1、高性能、高安全性的車用固態電池技術（資助金額：2500萬歐元）

針對電動車，進一步發展現有的固態電池技術，以處理當前固態電解質電池的各種問題，如工作溫度過高、離子傳導性過低、電極電解質界面阻抗過高、電池循環壽命短、加工成本過高等。主要圍繞三種電解質材料進行研發：

（1）無機電解質材料，如鈣鈦礦、石榴石、硫化物、鈉超導體等無機結晶材料和鋰磷氧氮、玻璃態氧化物等無機非晶材料，由于電解質和電極之間的反應性，在電池包裝以及循環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、電化學穩定性較差、反應溫度不適宜和鋰枝晶問題。

（3）固態混合電解質，處理高電壓下聚合物電解質穩定性較低、對復合材料界面認識不足等問題。

此外，還將開發所謂“后鋰離子時代”電池材料，包括采用傳統鋰離子材料的鋰硫電池（如將于2020-2022年間開發，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電池（將于2025-2030年開發）。

萌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系統；（5）加強歐洲電池加工價值鏈；（6）完成安全性驗證和知識產權保護。

2、非車用的電池技術（資助金額：2400萬歐元）

能源供應低碳轉型情況下，需要通過開發電池存儲技術來應對儲能挑戰，主要包括：

（1）通過開發低成本高性能材料（如納米結構、二維材料和電解質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包件加工工藝，實現更具價格競爭力、更高性能、高度安全和壽命更長的電池存儲處理方案。

（2）安全的存儲技術，如開發用于固態電池的聚合物或固體電解質材料。

（3）開發可繼續材料、環保加工工藝、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模實行和低成本的潛力。

（4）對新的電池存儲處理方案進行循環性、可靠性和壽命的工業示范和探測，在歐盟監管框架下進行開發，并考慮其對工業標準的影響。

（5）對新的處理方案進行包括環境和經濟的全生命周期評估。

萌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，并將其他使用的成本降低至少20%，使新技術更具競爭力和可繼續性；（2）固定式儲能的循環壽命分明超出現行標準，在80%放電深度下至少達到5000次循環；（3）儲能產品可繼續性更強，理想情況下循環效率超過50%，并經過經濟可行性驗證。

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）被認為是電網固定式儲能的主要技術，其能量密度及成本主要由氧化還原電對和電解質決定。目前的RFB主要采用非歐洲生產的金屬氧化還原電對，有高度腐蝕性、且有時具有毒性。此外，電池系統大多為水基，會發生高電壓水電解和膜滲透，影響電池效率、成本、安全性和可繼續性。因此，需開發數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、質量和熱量輸運機理，識別電池限制機制，預測電池性能，優化設計并張大規模，尤其關注電池的電壓、能量、功率密度、可靠性和成本。

萌生的預期影響為：顯著推進研究和工程使用，加速獲得新的非稀有和無毒性的氧化還原電對和電解質，降低材料和成產成本，優化全尺寸低成本和環境可繼續RFB系統的設計和性能，以平衡電網中波動性可再生能源。項目成果應在中長期內有助于實現歐盟戰略能源技術計劃（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新驅動經濟增長和固定式儲能的產業競爭力。

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）

開發和驗證基于新的氧化還原電對和電解質材料的RFB，這些材料具有環境可繼續性，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試驗驗證。詳盡研發技術問題包括：（1）氧化還原對在重復電壓波動下的長期穩定性及其溶解性和可逆性：（2）低膜電阻甚至無膜系統；（3）電極反應動力學優化；（4）電解質/隔膜接觸界面的優化；（5）環境可繼續性研究；（6）毒性、可燃性等安全性研究。

萌生的預期影響為：有助于實現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，其長期目標是促使創新驅動的增長和固定式儲能的產業競爭力，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）與電力系統的整合。

5、先進鋰電池的研究與創新（資助金額：3000萬歐元）

開發下一代鋰電池技術（主要是指以鎳錳鈷（NMC）為正極、Si/C為負極的電池），處理電池系統性能問題，開發相關監控系統/智能管理系統，考慮與用戶接受度相關的緊要參數（如用電成本、安全性、大功率充電、耐久性等）、環境可繼續性（如節能制造、可回收性和再利用）以及大規模加工。詳盡研發重點有：

（1）電池化學、形態學和結構研究，包括能量和功率密度最大化，減少關鍵原材料（特別是鈷）的消耗，開發正極、負極和電解質材料的綠色加工工業和涂層工藝，從安全性、耐用性和功率容量方面改進電池、電池包和系統級電池的整體性能，化學和工藝的環境可繼續性改進。

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

（3）開發先進的制造辦法和設備，加工更薄的材料層，提高質量、品控和產量，從而提高密度并降低成本。

萌生的預期影響有：推出具有市場競爭力的下一代鋰電池，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個深度循環充電，同等能量密度下比鎳鈷錳電池至少節約20%的關鍵材料。

6、鋰電池材料及輸運過程建模（資助金額：1300萬歐元）

歐盟缺乏大規模加工鋰電池的技術和能力，傳統電池設計辦法無法滿足設定的2025年第3代和第4代電池技術發展目標 。面對這一挑戰，主要從以下方面進行研發：

（1）基于不同物理模型描述先進鋰電池化學和三維結構中微結構的行為。新模型辦法需考慮電化學反應、材料結構變化和性能老化問題。

（2）系統化測量用于建模的基本參數如熱系數、擴散系數和電導率等，建立可靠數據庫。開發新的測量技術和辦法以測試電極結構和電池機械應力、孔隙度和微觀結構等在電池循環中發生的變化，確保模擬結果與實際電池電化學行為高度匹配。

（3）制造具有神奇特征的電池原型或組件，生成輸入參數以初始化模型，并驗證模擬模型的可用性。

（4）電池探測和模型模擬的相關性驗證，確定不同探測條件下模型的有效性和穩定性。

（5）用于評估控制參數和模型穩定性的模型參數的靈巧度分解。

（6）對電池加工進行模擬、研究和故障預測。

（7）高度優化的電池（>300 Wh/kg）綜合性能特性的模擬與試驗研究。

（8）功能衰減、老化和安全等方面電池耐久性驗證的新辦法。

萌生的預期影響包括：（1）最多減少30%的電池開發時間和成本；（2）基于不同物理化學分解獲得更好的設計優化；（3）將試驗數量減少三倍；（4）將電池研發創新成本降低20%。

7、鋰電池加工試點網絡（資助金額：200萬歐元）

為了發展先進鋰電池技術和制造工藝，歐盟各地建立了許多非工業試點，需在這一基礎上建立鋰電池試點網絡，主要從以下方面開展活動：（1）確定歐盟鋰電池試點在技術、加工規模探測和驗證、專業知識和專業化方面的能力；（2）分解試點項目在技術范例和全球競爭中的能力和設備差距；（3）標準化數據交換平臺以進一步提高歐洲的鋰電池加工技術；（4）開發試點共享接口模型以及學術研究與工業加工合作模型；（5）制定通用合同以確保信息安全；（6）確定試點結果數據交換的可行性，開展能源和資源高效利用加工；（6）建立上述要點之后，在歐洲鋰電池各試點中開展性能參數探測，開放外部訪問以比較不同制備辦法的優劣；（7）組織聯合研討會，創建相互學習和聚集培訓平臺；（8）制定網絡聯合戰略路線圖，以實現電池技術從小規模試點到工業規模轉化；（9）建立價值鏈上公共和私營利益相關者的網絡，并對格式進行概念化，以提高網絡的可見度。

萌生的預期影響有：（1）進一步發展歐盟工業規模高性能低成本的鋰電池加工技術；（2）更好地發揮試點的協同作用；（3）能夠張大歐盟鋰電池專家規模；（4）確保利益相關者的公平競爭；（5）建立神奇的銷售模式以提高鋰電池的加工效率；（6）實現價值鏈優化整合，促使范疇創新進步。

原文題目

Horizon 2020: new Next-Generation Batteries call published

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