太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 (PNNL) 的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種改進(jìn)的熔鹽儲(chǔ)能方案。該團(tuán)隊(duì)聲稱，其“凍融電池”是朝著制造適合季節(jié)性儲(chǔ)存的電池邁出的一步。

任何參與從能源獲取到最終使用的路徑的工程師都知道，這條路徑包含三個(gè)廣泛的方面：能源捕獲/收集、存儲(chǔ)和傳輸?shù)截?fù)載。無(wú)論規(guī)模如何，無(wú)論是小型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的低功率間歇性負(fù)載還是大型電網(wǎng)規(guī)模安排，情況都是如此。根據(jù)應(yīng)用的具體情況及其大小，能量路徑將以不同的比例包含這三個(gè)元素，每個(gè)元素都有其獨(dú)特的問(wèn)題。

當(dāng)然，混合中的存儲(chǔ)部分極具挑戰(zhàn)性，尤其是在太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源的背景下，其中的來(lái)源是間歇性的，而用戶的需求卻不是。除了成本和可靠性之外，可行存儲(chǔ)方案的一個(gè)重要屬性是它具有按體積和重量計(jì)算的相當(dāng)高的能量存儲(chǔ)密度。但這也帶來(lái)了風(fēng)險(xiǎn)。

正在通過(guò)許多途徑尋求更好的能量存儲(chǔ)方法：電化學(xué)(電池)、重力(水和重物)和動(dòng)態(tài)機(jī)械(飛輪)方法。

由能源部電力辦公室儲(chǔ)能主任 Imre Gyuk 資助的 PNNL 團(tuán)隊(duì)的研究已經(jīng)改進(jìn)了用于儲(chǔ)能的熔鹽方案。然而，這并不是第一次為此目的使用熔融板條，因?yàn)檫@種想法和各種實(shí)施方式都已為人所知數(shù)十年。

作者認(rèn)為，這里的不同之處在于，他們的“凍融電池”是朝著可以輕松用于季節(jié)性存儲(chǔ)的電池邁出的一步：在一個(gè)季節(jié)(例如春季)節(jié)省能源，并在另一個(gè)季節(jié)(例如秋季)使用它。電池首先通過(guò)將其加熱到 180?C 來(lái)充電，這允許離子流過(guò)液體電解質(zhì)以產(chǎn)生儲(chǔ)存的化學(xué)能。

然后，將電池冷卻到室溫，這具有“鎖定”電池能量的效果。電解質(zhì)變成固體，穿梭能量的離子幾乎保持靜止。該材料在較高溫度下為液體，但在室溫下為固體。當(dāng)必須獲取能量時(shí)，電池會(huì)被重新加熱——大概是通過(guò)自然季節(jié)性變暖——然后存儲(chǔ)的能量就可以使用了。

他們的項(xiàng)目出于比較目的研究了電池中鎳陰極的三種有點(diǎn)相關(guān)的活化方法——這是一個(gè)有趣的觀點(diǎn)。他們根據(jù)冰球大小的演示單元提供了一些頂級(jí)數(shù)字，如圖 2 所示。這些存儲(chǔ)塊被動(dòng)地存儲(chǔ)能量而不會(huì)造成太大損失，因?yàn)樵诃h(huán)境溫度下缺乏流動(dòng)性會(huì)消除自放電路徑。

研究人員聲稱，經(jīng)過(guò) 1 到 8 周的時(shí)間后，容量恢復(fù)率超過(guò) 90%，并補(bǔ)充說(shuō)：“這些電池可以有效地保留能量，并具有與現(xiàn)代室溫鋰離子電池相當(dāng)或更高的性能，后者在每月 2%–5%。”

這種設(shè)計(jì)的一個(gè)重要好處是電池組件和電解質(zhì)使用廣泛可用的材料而不是稀土。陽(yáng)極和陰極是鋁和鎳的實(shí)心板，而隔板是玻璃纖維，而不是更昂貴的陶瓷結(jié)構(gòu)，在凍融循環(huán)期間容易破裂。最后，材料(尤其是電解質(zhì))不會(huì)造成傳統(tǒng)電池的各種風(fēng)險(xiǎn)。

通讀他們的論文(我承認(rèn)大部分化學(xué)知識(shí)超出了我的能力范圍)，我并沒(méi)有清楚地了解傳統(tǒng)電池的能量存儲(chǔ)數(shù)字，例如體積和重量的能量密度、開路電池電壓、電流額定值和功率(能量流率)。這可能是由于我缺乏理解，或者可能是其他原因。

您對(duì)這種儲(chǔ)能方案的可行性有何看法?季節(jié)性凍結(jié)/解凍的想法是否可行，或者僅在非常有限的情況下才可行——如果有的話?您是否認(rèn)為它可以擴(kuò)大規(guī)模和容量——這通常是任何儲(chǔ)能概念中的最大挑戰(zhàn)——即使它已在非常小規(guī)模的測(cè)試中被證明是可行的?