低成本新型鈉離子電池適合電網儲能實際需求
2012-12-04
鋰電世界佚名7870核心提示：中國電池網 新型鈉離子電池，成本不到鋰電池三分之一，可持續5千次充放電循環，效率超過85%
鋰電世界 新型鈉離子電池，成本不到鋰電池三分之一，可持續5千次充放電循環，效率超過85%，適合電網儲能實際需求。
鈉離子電池使用活性炭陽極和鈉錳基陰極，水性電解液在兩個電極之間傳輸鈉離子，進行充放電，這些材料都是無毒的，電池100%可回收。
公用事業機構需要廉價的，持久耐用的方法，來存儲電廠生產的多余能量，特別是因為有間歇的電力，從太陽能和風電場添加到混合電網。不幸的是，現有電池用于電網級存儲，不是太昂貴，就是不能持續所需的數千次循環，以便使它們具有成本效益。
低成本電池：阿奎恩公司的這八個原型電池可以串在一起，組成一個15伏的模塊（如上圖所示），然后可以繼續堆疊，組成更大的模塊。
一種新電池已經開發出來，開發者是匹茲堡（Pittsburgh）的阿奎恩能量公司（Aquion Energy），他們使用簡單的化學反應，就是一種水性電解液和豐富的材料，如鈉和錳，而且預期成本為每千瓦時存儲容量300美元，不到鋰離子電池使用成本的三分之一。第三方測試表明，阿奎恩的電池可以持續5000次以上的充放電循環，而且有超過85％的效率。
公司已獲得3000萬美元的風險資本，以加快制造它的鈉離子電池（sodium-ion batteries）。這項新技術可能是最便宜的方式，可以存儲大量能量，讓電網可以使用電池，杰伊•惠特克（Jay Whitacre）說，他是公司的創始人兼首席技術官。
阿奎恩公司的電池使用活性炭陽極和鈉錳基陰極。一種水性電解液在兩個電極之間傳輸鈉離子，進行充電和放電。原理類似鋰離子，但鈉離子更豐富，因此使用更便宜。與溶劑型電解質相比，水性電解質更容易使用，也更便宜。更妙的是，這些材料都是無毒的，電池100％可回收，惠特克說。
下一步是這項技術的電網級測試。阿奎恩公司已經開始裝運預生產的電池原型，運送到離網型太陽能電力公司。下個月，一個1000伏的模塊會運送到荷蘭電工材料協會（KEMA），這是荷蘭的一家能源咨詢和檢測公司，在費城（Philadelphia）外有一套設施。
公用事業公司使用存儲的能量，滿足使用高峰期間的電力需求，這種做法稱為調峰（peak shaving），有助于保持電網的可靠性和效率，并降低電價。惠特克說，阿奎恩電池的設計就是為了這些電網應用。他說，“這非常非常適合離網太陽能和風能支持，也適合調峰。這是兩種非常不同的應用，而我們的電池已證明對兩種都有效。” 約翰•米勒（John Miller）是電化學電容器專家，也是咨詢公司JME公司總裁，這家公司在俄亥俄（Ohio）榭柯高地（Shaker Heights），他說，阿奎恩公司的電池可能是最便宜的，有各種電池技術爭先恐后地提供電網存儲。他以此對比當今最常見的電網存儲技術，就是抽水蓄電，這占95％的公用事業級儲能。抽水蓄電要在電力需求低的時候，把水升到高處，在高峰期間放水通過渦輪機。然而，這受到地質和空間的限制，而且抽水蓄電系統需要多年時間，花費數百萬美元才能建成。公用事業公司現在開始考慮電池，因為它們幾個月就可以交付，而且原則上可以放置在任何地方。
“鉛酸更是太昂貴了，”米勒說。“阿奎恩公司的技術正在到達抽蓄電的成本范圍，就是每千瓦時兩美分（在系統的使用壽命期間）。他們是獨到的，我會說，這非常有希望用于電網存儲。” 到目前為止，沒有現成技術能夠滿足所有電網的儲能要求，哈雷西•卡瑪斯（Haresh Kamath）說，他是電力研究院（Electric Power Research Institute）能量儲存項目經理。“每種技術都有不同的最有效點”，在成本，安全性，可靠性，壽命和效率方面，都是這樣，他說。
有一些電力公司使用鉛酸電池和鈉硫電池，用于電網存儲。鉛酸電池便宜，但只有500-1000個循環，而鈉硫電池很昂貴，每千瓦時達1000美元。其他新興技術，鋰離子電池，地上壓縮空氣存儲，以及流體電池（flow batteries），仍然十分昂貴，而且未經證實。
電網蓄電池技術也“必須即插即用，而且不需要大量的安裝，”阿里•諾萊（Ali Nourai）說，他是荷蘭電工材料協會執行顧問。阿奎恩公司的電池可能也有缺點，就是大而笨重，就和鉛酸電池一樣，諾萊說，但是，它們成本低，循環壽命長，就彌補了這一點。“用于電網存儲，最大障礙是成本，而阿奎恩公司在此占了上風，”他說。“如果價格合適，人們會容忍低效率和高重量。” 卡瑪斯說，鈉離子電池是一項有趣的新技術，但電網級演示將辨明，它所具備的，是否是公用事業公司正在尋找的。“與任何其他技術不同，這是一項非常早期階段的技術，我們不知道它能做什么，”他說。
“原則上說，它看起來是非常有前途的，這就是為什么，這個行業有很多人對此感到興奮，但是，這些承諾是否能兌現，還有待觀察。” 盡管如此，惠特克對阿奎恩公司還是有雄心勃勃的計劃。這家公司正在制作35瓦時的組件，是模塊化的，在它的研發設施中可堆疊。明年，這家公司希望，在這個工廠生產多兆瓦時值的電池，推出它的第一款商業化產品，并破土動工，修建一座500兆瓦時產能的工廠。
鈉離子電池使用活性炭陽極和鈉錳基陰極，水性電解液在兩個電極之間傳輸鈉離子，進行充放電，這些材料都是無毒的，電池100%可回收。
公用事業機構需要廉價的，持久耐用的方法，來存儲電廠生產的多余能量，特別是因為有間歇的電力，從太陽能和風電場添加到混合電網。不幸的是，現有電池用于電網級存儲，不是太昂貴，就是不能持續所需的數千次循環，以便使它們具有成本效益。
低成本電池：阿奎恩公司的這八個原型電池可以串在一起，組成一個15伏的模塊（如上圖所示），然后可以繼續堆疊，組成更大的模塊。
一種新電池已經開發出來，開發者是匹茲堡（Pittsburgh）的阿奎恩能量公司（Aquion Energy），他們使用簡單的化學反應，就是一種水性電解液和豐富的材料，如鈉和錳，而且預期成本為每千瓦時存儲容量300美元，不到鋰離子電池使用成本的三分之一。第三方測試表明，阿奎恩的電池可以持續5000次以上的充放電循環，而且有超過85％的效率。
公司已獲得3000萬美元的風險資本，以加快制造它的鈉離子電池（sodium-ion batteries）。這項新技術可能是最便宜的方式，可以存儲大量能量，讓電網可以使用電池，杰伊•惠特克（Jay Whitacre）說，他是公司的創始人兼首席技術官。
阿奎恩公司的電池使用活性炭陽極和鈉錳基陰極。一種水性電解液在兩個電極之間傳輸鈉離子，進行充電和放電。原理類似鋰離子，但鈉離子更豐富，因此使用更便宜。與溶劑型電解質相比，水性電解質更容易使用，也更便宜。更妙的是，這些材料都是無毒的，電池100％可回收，惠特克說。
下一步是這項技術的電網級測試。阿奎恩公司已經開始裝運預生產的電池原型，運送到離網型太陽能電力公司。下個月，一個1000伏的模塊會運送到荷蘭電工材料協會（KEMA），這是荷蘭的一家能源咨詢和檢測公司，在費城（Philadelphia）外有一套設施。
公用事業公司使用存儲的能量，滿足使用高峰期間的電力需求，這種做法稱為調峰（peak shaving），有助于保持電網的可靠性和效率，并降低電價。惠特克說，阿奎恩電池的設計就是為了這些電網應用。他說，“這非常非常適合離網太陽能和風能支持，也適合調峰。這是兩種非常不同的應用，而我們的電池已證明對兩種都有效。” 約翰•米勒（John Miller）是電化學電容器專家，也是咨詢公司JME公司總裁，這家公司在俄亥俄（Ohio）榭柯高地（Shaker Heights），他說，阿奎恩公司的電池可能是最便宜的，有各種電池技術爭先恐后地提供電網存儲。他以此對比當今最常見的電網存儲技術，就是抽水蓄電，這占95％的公用事業級儲能。抽水蓄電要在電力需求低的時候，把水升到高處，在高峰期間放水通過渦輪機。然而，這受到地質和空間的限制，而且抽水蓄電系統需要多年時間，花費數百萬美元才能建成。公用事業公司現在開始考慮電池，因為它們幾個月就可以交付，而且原則上可以放置在任何地方。
“鉛酸更是太昂貴了，”米勒說。“阿奎恩公司的技術正在到達抽蓄電的成本范圍，就是每千瓦時兩美分（在系統的使用壽命期間）。他們是獨到的，我會說，這非常有希望用于電網存儲。” 到目前為止，沒有現成技術能夠滿足所有電網的儲能要求，哈雷西•卡瑪斯（Haresh Kamath）說，他是電力研究院（Electric Power Research Institute）能量儲存項目經理。“每種技術都有不同的最有效點”，在成本，安全性，可靠性，壽命和效率方面，都是這樣，他說。
有一些電力公司使用鉛酸電池和鈉硫電池，用于電網存儲。鉛酸電池便宜，但只有500-1000個循環，而鈉硫電池很昂貴，每千瓦時達1000美元。其他新興技術，鋰離子電池，地上壓縮空氣存儲，以及流體電池（flow batteries），仍然十分昂貴，而且未經證實。
電網蓄電池技術也“必須即插即用，而且不需要大量的安裝，”阿里•諾萊（Ali Nourai）說，他是荷蘭電工材料協會執行顧問。阿奎恩公司的電池可能也有缺點，就是大而笨重，就和鉛酸電池一樣，諾萊說，但是，它們成本低，循環壽命長，就彌補了這一點。“用于電網存儲，最大障礙是成本，而阿奎恩公司在此占了上風，”他說。“如果價格合適，人們會容忍低效率和高重量。” 卡瑪斯說，鈉離子電池是一項有趣的新技術，但電網級演示將辨明，它所具備的，是否是公用事業公司正在尋找的。“與任何其他技術不同，這是一項非常早期階段的技術，我們不知道它能做什么，”他說。
“原則上說，它看起來是非常有前途的，這就是為什么，這個行業有很多人對此感到興奮，但是，這些承諾是否能兌現，還有待觀察。” 盡管如此，惠特克對阿奎恩公司還是有雄心勃勃的計劃。這家公司正在制作35瓦時的組件，是模塊化的，在它的研發設施中可堆疊。明年，這家公司希望，在這個工廠生產多兆瓦時值的電池，推出它的第一款商業化產品，并破土動工，修建一座500兆瓦時產能的工廠。
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