鉅大LARGE | 點擊量：797次 | 2021年09月23日
電池技術不斷革新將有力實現“電網級存儲”
電能存儲是現代工業的重要技術之一。假如沒有電池，那么現代生活將寸步難行。但是，很多工程師都對現今的電池技術表示不滿，他們認為電能存儲技術仍有改進空間。工程師們希望以合理的價格生產高效的電池，淘汰內燃機，進入以風能、太陽能等清潔燃料為核心的時代。這將是未來能源發展的一場革命。
位于美國芝加哥的萊蒙特阿爾貢國家實驗室內，由工業化學家克利絲·普派克帶領的研究團隊正在進行大量實驗，以尋找出一種可以作為電池革新的高技術材料，并確定這種材料可以通過低廉的方法獲取，且具有所需物質特性，從而進行批量生產。
普派克博士及其研究團隊成立了能源儲存研究聯合中心（JCESR），該中心聚集了美國國家實驗室和各大學在能源研究方面的精英，以及對此感興趣的能源公司。該中心獲得了美國能源部高達1.2億美元的資助。他們的目標是在5年內，使電池蓄電量上升4倍，價格降到當前的1/5。
從改進鋰離子電池開始
無論是用于汽車的巨型鉛酸電池，還是為電子讀寫器、手表等供能的袖珍圓型鋰離子電池，大多都具有3大構成部分：正電極、負電極和介質（又稱電解液）。電解液使正離子在正負電極間移動，并用途于形成電池的有用電流負離子流，使之與正離子達到平衡。而所謂創造新型電池的技術，便是在這3部分材料上著手，使其性能更優化、成本更廉價。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
在日常生活中，鋰離子電池的用途十分廣泛，它們為馬路上行駛的多數電動汽車及混合動力系統汽車供能，這使其在業內擁有不可忽視的地位；而鋰離子電池最大的缺陷是容易過熱且制作工藝良莠不齊。最近發生的波音新型787夢幻客機電路板兩次起火事件，據悉便是由這種鋰離子電池或其控制系統所引起的。
JCESR的新任負責人喬治·克拉布特里認為，人類對鋰離子電池性能的發掘基本已趨于極限，因此，替換鋰離子電池已是大勢所趨。但其助手吉夫·張伯倫對現行技術仍保持信心。他說，有關特定重量的鋰離子電池，仍有可能將其儲能提高一倍，而成本降低30%至40%。
商業咨詢公司麥肯錫估測，鋰離子電池的競爭力可保持到2020年，但欲保持這種競爭力，仍需大量投入，各類可與鋰離子電池相媲美的電池已紛紛面世。
其中的代表就是鋰空氣電池，金屬鋰在陽極被氧化，形成氧化鋰，然后停留在陰極，其原理是使用空氣中的氧氣作為電解液。因此，該電池重量較輕，同時理論上將擁有巨大的能量密度。這一點十分重要。供能少是電動汽車的一大缺陷。例如，1公斤汽油的能量是同等重量電池可存儲的6倍。因此，若降低該比率，電動汽車便能贏得更多人的青睞。
但鋰空氣電池同樣存在弊病充電困難，并極不穩定，其中可生成能量的化學反應存在發生自燃的危險。所以要非常嚴格的安全系統以防止其著火。
但是，多價離子電池可作為備選之一。通常一個鋰原子僅有一個電子可用于化學反應，相比之下，鎂原子有2個價電子；而鋁原子則有3個。從理論上講，這意味著與鋰離子電池相比，鎂或鋁電池有可能蘊含2或3倍的能量，其附加的價電子使其能存儲更多的能量。在替代汽油時，鎂、鋁電池更廉價，更安全。然而，鎂鋁離子在電解液中較難移動，這也是如今需尋找新型材料的原因。
如何實現電網級存儲
電池革新的另一個目的是實現電網級存儲，如可以通過十分廉價的方式實現電網級存儲，那么從經濟學角度而言，這將是對風能及太陽能的一次革命。能源存儲一直是清潔能源發展的重要問題。JCESR的研究人員正在進行液流電池的研究。
在傳統電池內，電解液用于在正負電極間傳輸離子。電池充電所獲取的能量轉化為正負極中的化學勢能進行存儲。而在液流電池中，電荷存儲在電解液中，發生電化學反應時，存儲于電極槽中的電解液將流經整個電池，然后到達反應發生的位置。
與以單節為單位的普通電池不同，液流電池能夠被制作成規模龐大的電池單元，因此儲能量極為可觀。所以有人提議，使用液流電池收集由風能及太陽能出現的額外電量并加以存儲，以供日后使用。
但是，液流電池使用水基電解液，而水本身又易于被電解液分解，這限制了液流電池的發展潛力。也許，使用有機電解液替代水基電解液能夠打破這一限制。
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