清华大学：高安全中长时液态锑金属-空气储能电池（中国）

20250327

新能源

现有储能电池金属电极面临低储能活性物质载量、低面容量技术瓶颈，导致辅助部件（电解质、集流体等）体积、成本占比居高不下。针对这一瓶颈，本团队引入全液态负极，提出新型液态锑金属-空气储能电池（简称锑-空电池）。锑-空电池充放电过程中，负极内“锑-氧化锑”液态、自循环氧化还原对可突破金属电极氧输运与枝晶生长瓶颈，实现超高循环面容量（＞3000mAh/cm2@40mA/cm2），从而在全电池层面兼具高体积比能、高安全、长寿命优势，有望成为中长时电化学储能新路线，实现新能源电力波动秒-时-日-周跨时间尺度灵活调节，增加清洁能源消纳能力。具体而言，锑电池具备的优势还包括： （1）引入全液态电极体系，解决固态电极充放电循环导致电极结构坍塌、性能衰减问题，实现电极长循环寿命，预计使用寿命可达20-25年。 （2）液态电极表界面无枝晶生长条件，解决固态电极枝晶导致的安全性问题，且锑金属非活泼金属，实现本征安全。 （3）锑金属理论体积能量密度超过3200Wh/L（~500Wh/kg），相比锂电池体积比能提升2-3倍，实现高能量密度储能。 （4）通过设计高锑利用率限域电极结构，发展液态金属电极自组织成型技术，实现低制造成本。-目前该技术已经完成理论验证和单电池样品构建与实验验证，技术已经实现。单电池样品已经实现800Wh/L体积比能储能，能量效率达到85%，循环寿命2000圈，且仍有提升空间，预计最终将实现1200Wh/L体积比能，能量效率90%以上，20000+圈循环寿命。目前项目团队已经申请相关专利20余项，涵盖液态金属电极材料、电池制备工艺、堆组与系统构建等多方面关键技术，知识产权布局完备。目前项目已经与广东电网进行合作开发液态锑金属-空气电池工程样机开发，完成后可在广州建设示范项目并进行验证。液态锑金属-空气电池由清华大学史翊翔老师首创，目前市面上无相关可替代产品，技术水平全球领先。长时储能作为可再生电力重要支撑技术，现已迎来需求爆发拐点，已由商业化初期向规模化发展过渡，市场规模可达千亿级，目前全国各地均出台政策，新能源电站项目均要求配置长时储能电站。团队以清华大学史翊翔老师为负责人，现有全职科研人员4名，工程技术人员8名，研究生6名，具备产业化推广研究基础。

该技术已经完成关键技术突破及实验室样机构建，目前处于小试阶段。目前电池已经完成70Ah单电池样品构建，实现800Wh/L体积比能储能，能量效率达到85%，循环寿命2000圈。现已经打通液态锑金属-空气储能电池全生产工艺，实现300片/天电池产量。技术依托煤燃烧国家工程研究中心、清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室等重要研究平台进行工程化样机开发和中试线构建，处于产业化初始阶段。

知识产权情况： 专利 成果权属： 共有 知识产权描述： 该项目知识产权由清华大学专属，其中涵盖液态金属电极材料、电池制备工艺、堆组与系统构建等多方面关键技术。 该技术潜在应用场景及目标客户： 该技术主要应用于长时储能市场，应用场景包括新能源电站、工商业储能、电网侧储能等。随着新能源装机的不断提高，现有长时储能市场要求4小时以上的长时储能，以消纳无法直接并网的新能源电力。工商业方面也有利用峰谷价差套利实现成本降低的长时储能需求。现有各新能源发电厂、冶炼厂等均有长时储能需求。 产品形态： 最终消费产品 产品描述： 目前技术已经形成70Ah单电池样品及280Ah电芯，使用不锈钢作为电芯外壳及集流体，利用密封材料进行密封，

合作方式： 提供技术服务,提供技术咨询 合作方式描述： 目前项目处于样机成功验证、小批量生产阶段，需要如下两类合作方式：

1. 技术联合研发：针对储能电芯到储能柜放大过程中，针对锑电池体系所需要的相关管理系统优化开展联合研发。
2. 股权投资合作：针对锑电池由小批量试产到中试放大过程中的资金需求，稀释部分股权，开展股权投资合作。 融资情况及需求： 项目目前处于首轮融资阶段，预计融资3000万，用于工程样机开发。

液态锑金属-空气电池是一种基于负极锑金属、氧离子导体电解质与空气正极实现储能的新型储能产品，工作原理为利用锑与氧化锑构成的氧化还原对实现电池的充放电功能。电池体系本身无活泼金属，且无枝晶生长条件，解决现有固态电极枝晶生长导致的安全性问题，实现本征安全。全液态电极体系解决现有固态电极反复充放电循环导致的电极结构坍塌、性能衰减问题，实现电极长循环寿命，整体寿命可达20-25年。锑金属理论体积能量密度超过3200Wh/L，解决现有电化学储能技术体积能量密度低的问题，实现高能量密度储能。目前项目已完成关键技术突破和实验室样机构建，现处于小试阶段。团队负责人及技术创始人史翊翔教授现任清华大学能源与动力工程系党委书记、副主任，博士生导师，国家万人计划创新领军人才、青年拔尖人才，首届北京市杰出青年基金获得者。承担国家重点研发计划1项，国家自然科学基金重点/面上/青年项目4项、国家重点研发计划课题1项、973课题1项、后勤保障部重点项目1项，省科技重大专项1项，/国家、地区、国际及企事业合作项目40余项。发表SCI论文130余篇。授权国家发明专利30余项，实现成果转化9项。在氢能、燃料电池及高温电化学领域取得重大创新成果。开展液态金属电极应用基础研究，发展了液态锑金属电池、燃料电池技术，获得国内外高度评价。