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替代能源成败的关键:电池技术

发布时间:2017-02-21 点击数:585

等到几年后投产时,内华达州斯帕克斯的特斯拉超级电池工厂将成为全世界最大的电池生产商。


XPRIZE中文站 12月8日报道

即便是对替代能源一无所知的人,也肯定知道一件事情:当太阳下山或风不再刮时,也就没有能量可以收集。正因如此,可再生能源行业未来成败的关键在于,必须依靠能源存储技术实现全天24小时不间断的能源供给。换句话说,我们需要一些巨大而先进的电池。

替代能源存储技术在今年早些时候成为媒体关注的焦点,当时,特斯拉CEO伊隆·马斯克(Elon Musk)推出了Powerwall——这种设计优雅的家用电池可以与家用太阳能电池板配合使用,将白天产生的太阳能存储起来,以供晚上使用。除此之外,这款产品还可以在电费最低的时段完成储能。这款锂电池与特斯拉电动汽车内使用的电池相似,有10千瓦时周循环(3500美元)和7千瓦时日循环(3000美元)两种型号可选,足以在晚间用电高峰时期为多数家庭提供足够的电力。一代人以前,这种容量的电池组外形可能跟丑陋的车用铅酸电池类似。特斯拉的壁挂式电池没有任何液体,在美观程度上实现了巨大的进步。

值得一提的是,特斯拉正在内华达州建设超级电池工厂,那里甚至有可能成为全世界最大的建筑,里面将有大量的电池。尽管家用电池现在看起来有些昂贵,似乎只是小众产品,但它很有可能广泛普及。原因在于,它也很符合公用事业公司的利益。

公用事业级电池

对于想要拥抱替代能源的公用事业公司来说,电池存储的关键在于平衡电力需求。例如,太阳能在夏威夷取得了成功。然而,白天的太阳能发电量达到峰值,因此家用发电设施会将电流输送回电网,但夏威夷电力公司却没有地方存储这些电力。正因如此,公用事业公司也在寻找高达200兆瓦的存储方案,以便平衡供需矛盾。该公司希望能在2017年部署这样的方案。

Oncor Electric Delivery拥有德克萨斯州最大的电网,他们计划花费超过20亿美元购买5千兆瓦电池,以便减少新建电厂和输电设施的成本。


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东京大学工程学院的新型电池技术可以将电池中存储的电量扩大7倍,使得日产LEAF这样的电动车能够实现500英里的单次充电续航。(图片来源:东京大学工程学院)

花旗集团今年1月发布的报告时显示,仍然依靠老式的集中发电设施,而没有积极拥抱灵活储电模式的公用事业公司必将消亡,部分原因在于电池存储成本将从2020年的230美元/千瓦时,降低到几年后的150美元/千瓦时。(这都得感谢特斯拉。)全球电池存储市场规模可能在15年内达到4000亿美元。

新型电池

与此同时,家也在努力开发效率更高的新型电池技术。东京大学工程学院的研究人员于2014年7月宣布,他们开发的新型电池比目前的锂电池密度高出7倍:具体而言,密度可达2570瓦时/千克。他们是如何做到的呢?在氧化锂晶体结构中加入钴,便可以在充放电周期中创造氧化物和过氧化物,同时加快充电速度。大概只有化学系的学生才能充分理解这一过程,但关键在于,这似乎的确有用,而7倍的密度提升的确可以带来一场变革(尤其是对受到续航里程限制的电动汽车而言)。


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Alevo Group的GridBank本质上就是一块像集装箱一样大的电池。(图片来源:Alevo Group)

在北卡罗来纳州,Alevo Technologies正在加紧生产一种2千兆瓦的大型电池。它们的尺寸跟集装箱相仿,可以接入到电网中,协助电力企业控制电流。这种GridBank使用了新型电池技术。他们没有使用传统的锂离子,而是采用了LFP(磷酸铁锂)、石墨,以及一种能在电子穿过的过程中减小阻力的无机电解质。这种技术可以降低电池运行过程中的温度,寿命也比锂离子电池更长。目前为止,该公司计划在2016年生产的全部480个GridBank都已经预售一空。

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