便宜的电池可以储存能量，以备不时之需
来源：宝鄂实业
2019-03-19 10:45
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从太阳收获的能量和风正在通过千兆瓦涌入电网。这使得在微风消亡或天空坍塌的时候找到一种有效且便捷的方式来存储可再生能源变得更加重要。
“现在我们很有可能解决这个问题，”马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的材料科学家Michael Aziz说。他的解决方案是流动电池，具有高能量密度，无需其他型号中的昂贵金属。
流动电池通过在由膜隔开的两个电极上泵送不同的化学肉汤来工作。这些化学物质穿过膜交换质子，并在连接电极的电路周围穿梭电子，从而使电池放电。反转反应可为电池充电（参见底部图表）。
液流电池的最大优点是化学品可以储存在电池组件外的储罐中。增加容量只需要建造更大的储罐，使液流电池特别适合大规模储能。
最先进的商用液流电池依赖于钒离子。世界各地都在运行少量钒液流电池，而去年在日本，太阳能发电正在飙升，北海道电力公司订购了世界上最大的钒液流电池。电池应该在2015年准备就绪。
“问题是，钒真的很贵，”阿齐兹说。
动力装置在过去的几十年中，研究人员已经研究了许多其他化学系统，并且除了极少数外，其他所有化学系 阿齐兹说：“周期表很好地被选中了。” “所以我们为这个问题引入了有机化学的世界。”
他的电池阳极使用含有一种有机化合物（称为醌）的硫酸溶液。醌是便宜的并且不需要催化促使与质子反应形成更高能量的氢醌，从而给电池充电。阿齐兹与一个着名的合作伙伴合作了这一半流动电池：一个在溴和氢溴酸之间交替的阴极。
醌 - 氢醌反应比竞争对手的钒反应快约1000倍，使电池快速充电和放电。通过改变一些醌的化学基团，Aziz可以改变它们的溶解度，甚至可以改变液流电池的电压，对系统进行微调。今天在“ 自然”杂志上公布的电池已完成100次充放电循环，没有退化迹象（尽管商用系统可能需要超过10,000次循环）。
Aziz估计他的液流电池可以在化学品中储存一千瓦时的能量，成本为27美元 - 相当于竞争对手钒系统价格的三分之一。进一步的改进可以使其与其他技术竞争，以储存大量能源，如压缩空气。
“我只是希望我能想到它，因为它是一个如此简单的系统，”俄亥俄州克利夫兰凯斯西储大学的电化学工程师Robert Savinell说。“而最简单的想法往往是最有效的。”
有机溶液该系统远非完美，但是：溴和氢溴酸具有腐蚀性，如果泄漏则可能造成严重污染。阿齐兹说：“现在，溴是这种特殊电池的致命弱点。” 答案可能是完全有机，他补充说：“我们正在努力用不同的醌替代溴。”
他从美国高级研究计划局 - 能源（ARPA-E）获得资金，在三年内将这个概念发展成一个“关于马拖车大小”的大型原型。他的团队还与康涅狄格州格拉斯顿伯里的清洁技术公司Sustainable Innovations合作，将液流电池商业化。
对流动电池感兴趣的不仅仅是能源公司。“入门级市场最大的市场是希望通过在夜间购买更便宜的电力并在白天将其用于制造来降低电费的行业，”Savinell说。
Aziz补充说，更便宜的液流电池甚至可以与家用太阳能电池阵列配合使用。他认为，使用一个不超过已经安装在许多家庭中的2000升加热油箱的系统，“存储一天的太阳能，并在晚上为您的家供电是合理的”。
在过去的六年里，非洲和亚洲的110个村庄从使用锌和氧的太阳能板和电池中获得电力。这种电池是NantEnergy创造的一种创新储能系统的基础，NantEnergy是一家由黄馨祥（Patrick Soon-Shiong）拥有的公司，黄馨祥是一名来自南非的生物技术企业家和外科医生。
100年前，托马斯·爱迪生(Thomas Edison)曾试图开发用锌制成的电池。但他没有弄清楚如何使它们在技术上可行。NantEnergy表示，他们的锌空气电池是第一个商业化的电池。
NantEnergy的科学家们表示，他们已经实现了两个关键目标：使电池可充电，并将其储能成本降低到每千瓦时100美元。一些业内人士说，这个数字对于建立一个无碳电网至关重要，即使在太阳下山、风力减弱的情况下也能运行。
锌空气电池是锂离子电池的几种潜在替代品之一。到目前为止，锂离子电池一直是大规模储能和电动汽车的重点。
锌的商业来源是什么?
黄馨祥的锌产自印尼，该公司称其矿产丰富。南加州大学(University of Southern California)的化学教授斯里R纳拉扬(Sri R. Narayan)说，美国的锌储量约占全球的5%，产量占全球的7%，其中大部分来自阿拉斯加的矿山。澳大利亚和中国的储量约占全球的一半，是全球最大的锌生产国之一。
纳拉扬说，锂是锂离子电池的主要元素，其储量只有锌的二十分之一。他表示:“以目前的锌生产速度，锌储量将持续约25年。”“因此，目前还不清楚我们是否有足够的锌来满足电网规模电池的巨大需求。”
像锂这样的材料之所以昂贵，部分原因是它们很稀有。在锂资源丰富的地区，如中非的刚果，锂矿开采也威胁着工人的健康和安全。长时间接触锂会对健康造成影响，比如肺部积液。锂离子电池也会引发火灾。
根据麻省理工学院的技术评论，锌空气电池没有有毒化合物，不易燃，可以安全处理。不过，锌的开采和加工确实存在危险。纳拉扬说，它来自于一种由硫化锌组成的矿石，通常与铅、镉和镍一起生产，大规模生产可能会引发二氧化硫和镉蒸气释放带来的环境问题。
锌空气电池的储能成本是多少?
克林顿政府的能源助理部长丹·赖彻(Dan Reicher)提醒说，电池每千瓦时的成本取决于应用和规模，因此很难进行有用的比较。
NantEnergy表示，与锂离子电池相比，锌空气电池的成本每千瓦时100美元，是比较有利的。锂离子电池每千瓦时250美元，但通常要300到400美元。南佛罗里达大学清洁能源中心主任、著名大学教授约吉戈斯瓦米（Yogi Goswami）说。
即使以每千瓦时100美元的价格计算，对公用事业行业来说，储能仍是一项巨大的支出，尽管电池的价格一直在急剧下降，预计在未来几年内将与民用太阳能电池板一样普遍。
这种电池可以在家庭或移动设备上使用吗？
NantEnergy表示，他们目前的重点是为微电网提供产品，而不是为个人住宅用户或公用事业规模的系统。但该公司预计未来将在加州和纽约供应家用电池。
使用这种电池的村庄和岛屿——包装成公文包大小——通常将它们连接到太阳能电池阵列上，这种太阳能电池阵列的大小相当于一个停车场或一所学校的树冠。此外，这些电池还为杜克能源(Duke Energy)的数百座通讯塔提供电力，这是NantEnergy业务的重要组成部分。对于下一个版本的产品，该公司计划增加交通系统，如电动汽车、公共汽车、火车和摩托车。
除此之外呢?“我们有了第一个移动收音机的原型，”黄馨祥说。“我们不想过分承诺，但我们电池的能量密度让这成为可能。”“我们将把注意力转向这个市场，”他补充道。“规模很大，但对我们来说可能是2020年
