據(jù)IEEE Spectrum報道，澳大利亞悉尼的初創(chuàng)公司Gelion Technologies開發(fā)了一種新電池，目標(biāo)是取代液流電池在大規(guī)模儲能方面的應(yīng)用。
▲Gelion Technologies實驗室和測試設(shè)施的研究人員正在研究“凝膠離子”(非流動)鋅溴電池
也許液流電池并不總是像他們所吹噓的那樣。來自澳大利亞的一項新技術(shù)無疑提高了這一前景，它提供了一種新穎的固定能量存儲方法——其包裝至少讓人想起了老式的、熟悉的汽車電池。
液流電池使用外部保存在罐子中的液體電解質(zhì)，這些電解質(zhì)使用泵和管道在電池中循環(huán)。它們的容量與罐的大小成正比，使其易于擴展。理論上，它們應(yīng)該是應(yīng)用的好選擇，例如儲存可再生能源的剩余能源。但它們也存在缺點，比如對機械部件和復(fù)雜設(shè)計的依賴，包括高度專業(yè)化的維護(hù)需求，而液流電池的電解質(zhì)可能成本高昂、腐蝕性或有毒。盡管改進(jìn)越來越多，但這阻礙了液流電池的廣泛部署。
現(xiàn)在，總部位于澳大利亞悉尼的初創(chuàng)公司Gelion Technologies找到了一種方法，通過制造非流動鋅溴電池來消除泵和管道，并消除傳統(tǒng)液流電池常見的其他缺點。悉尼大學(xué)的Gelion創(chuàng)始人兼發(fā)明者Thomas Maschmeyer教授描述了它的工作原理：
電池使用專有凝膠，而不是循環(huán)液體，因此公司名稱為凝膠離子（Gelion）。凝膠以可逆的方式對溴進(jìn)行分子封裝，因此溴仍然可以用于電化學(xué)反應(yīng)。為了解釋，他用尼龍搭扣的類比。“尼龍搭扣”狀凝膠粘在溴上，但當(dāng)需要時，只需稍加拉，它就可以與它分離。他說，電池的拉力就是它的電勢。
其支持者表示，凝膠電池由廉價、易于采購和可回收的材料制成，可提供堅固、耐用、不可燃的存儲系統(tǒng)。
同樣重要的是，凝膠確保重的溴在整個電池中保持良好分布，減少分層和形成不良的鍍鋅，稱為枝晶，這可能會導(dǎo)致短路。反過來，枝晶減少會減少氣體和pH值漂移（電解質(zhì)酸度或堿度的意外變化）。
通過保持凝膠內(nèi)的所有東西都是均勻的，它基本上解決了流動帶來的所有問題，這樣問題就不會真正出現(xiàn)。”Maschmeyer說。或者，如果問題出現(xiàn)了，“它們可以用現(xiàn)有的電池技術(shù)范式來解決。這是超級安全的電池。”
與液流電池相比，該技術(shù)的缺點是，液流電池的每個組件都可以維修或更換，而凝膠電池如果故障，必須完全更換為新電池。
另一個普遍的缺點是它比鋰離子電池更重、更大。但是，鋰離子對溫度和電荷狀態(tài)敏感。Maschmeyer說，相比之下，鋅溴電池“更堅固”。從-15攝氏度到50攝氏度，都沒問題。零充電狀態(tài)也沒有問題，所以我們與鋰離子服務(wù)的市場完全不同。”
然而，Gelion的創(chuàng)造可能會讓一些潛在客戶猶豫不決。德國弗勞恩霍夫化學(xué)技術(shù)研究所液流電池小組的Jens Noack說，“能源部門非常保守，新技術(shù)通常很難進(jìn)入。然而，如果終身價格合適，它們可以被接受。”他補充說，非流動技術(shù)可能“投資成本較低，但能源吞吐量較低”。所以我們必須看看。”
至于應(yīng)用，Gelion Endure的充電時間為4小時，放電在2到36小時之間，不適合像電動汽車或穩(wěn)定電網(wǎng)電壓那樣快速爆發(fā)高功率。
Maschmeyer說，我們擅長的是能量轉(zhuǎn)移。我們的目標(biāo)是固定可再生能源，使太陽能和風(fēng)能成為基礎(chǔ)負(fù)荷發(fā)電。他舉了運行太陽能電解槽來生產(chǎn)綠色氫氣的例子。凝膠電池在白天充電，然后在陽光不照耀時放電。“我們可以運行電解槽，這樣它們就可以每周7天、每天24小時以最佳性能運行，我們的電池可以在高溫下日復(fù)一日地全放電運行。而在這種情況下，任何其他電池都會故障。”
新南威爾士州悉尼分校兼職副教授Noack說，需要便宜的存儲來彌補可再生能源波動造成的缺口。由于材料成本低，鋅溴技術(shù)可以做得很好。
為了將這項技術(shù)商業(yè)化，該公司正準(zhǔn)備在倫敦證券交易所上市，以籌集1600萬英鎊。Gelion Endure電池將于明年在總部位于悉尼的伙伴Battery Energy Power Solutions和印度的第二個大型合作伙伴的幫助下進(jìn)行試點生產(chǎn)。經(jīng)過2022年全球客戶試驗，商業(yè)生產(chǎn)預(yù)計將于2023年開始。最初，電池的可用能量密度至少為47瓦時/升，比能量至少為37瓦時/千克。該公司還預(yù)測，隨著進(jìn)一步優(yōu)化，這些指標(biāo)可能會翻一番。
為了快速提高產(chǎn)量，Maschmeyer提出了采用30多年來的密封鉛酸電池格式的想法。“這意味著我們能夠在鉛酸包裝的優(yōu)勢中擁有溴化鋅的化學(xué)優(yōu)勢。這意味著我們的電池的制造和外觀都像鉛酸電池——一個不流動的固體能量塊。”
Maschmeyer指出，這一決定的一個主要好處是，Gelion可以將現(xiàn)有的鉛酸電池生產(chǎn)線以相對較低的成本轉(zhuǎn)化為鋅溴電池生產(chǎn)線。Gelion還能夠利用工廠的材料處理、生產(chǎn)操作以及電池的儲存和運輸方式等。
他說，他們在印度的合作伙伴預(yù)計，通過大約1600萬美元的資本支出投資，Gelion可以將現(xiàn)有的鉛酸年產(chǎn)能提高到相當(dāng)于溴化鋅的年產(chǎn)能。他說，相比之下，新建一座每年十億瓦時的鋰離子工廠需要花費1.35億美元。
至于Gelion的前景，Noack說，在固定存儲部門有很多擁有不同技術(shù)的競爭對手。與此同時，對存儲的需求呈指數(shù)級增長。“沒有一種技術(shù)能夠滿足所有需求。我認(rèn)為，如果Gelion技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)較低的生命周期成本，并考慮到其安全性和環(huán)境友好性，那么它將能夠占據(jù)市場份額。”
https://spectrum.ieee.org/non-flow-battery#toggle-gdpr
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