PolyJoule圓柱形聚合物托盤。
從金屬基電池的轉(zhuǎn)變可能為可再生能源儲能系統(tǒng)鋪平道路。
隨著對煤炭與化石燃料的轉(zhuǎn)變，風(fēng)力發(fā)電廠與太陽能發(fā)電廠正在全球興起。像這樣的替代方案主要是補(bǔ)充性的，由于其天然的間歇性，只能為電網(wǎng)提供一小部分的電力。來自風(fēng)車和太陽能電池的過量供應(yīng)需要以一種方式儲存，例如，當(dāng)需要時可以很容易地接入電網(wǎng)，通常在用電高峰的時段里。
過量能源通常存儲在大型鋰離子電池內(nèi)，然而這種方法帶來了可持續(xù)性的擔(dān)憂。PolyJoule是在位于波士頓的初創(chuàng)公司，該公司針對大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)提出了一種新的解決方案，這種解決方案獨(dú)特地不需要金屬。
在該文章中，我們將討論儲能系統(tǒng)，PolyJoule系統(tǒng)優(yōu)勢，以及對該行業(yè)的潛在影響。
儲能系統(tǒng)
在追求凈零碳排放（net zero emission）的過程中，電池儲能系統(tǒng)（BESS）將成為促進(jìn)可再生能源使用的極有價值的資產(chǎn)。太陽能、風(fēng)能等可再生能源面臨的一個主要挑戰(zhàn)是其非連續(xù)的輸出：如果沒有陣風(fēng)或云，就不能產(chǎn)生能源。這就是電池儲能系統(tǒng)的重要地位，在高產(chǎn)期儲存多余的能量，然后在低產(chǎn)期使用。這樣，隨著化石燃料與煤炭發(fā)電廠的逐步淘汰，儲存可再生能源可有效維持電網(wǎng)的可靠性與穩(wěn)定性供應(yīng)。
除了大型電網(wǎng)，電池儲能系統(tǒng)還具有商業(yè)和住宅應(yīng)用。通過先進(jìn)軟件算法，該系統(tǒng)可以選擇何時存儲和釋放能量。在高需求時段釋放能量被稱為調(diào)峰。該過程減少了能源的購買量，并且為電網(wǎng)減輕了壓力。因此，電力激增的可能性較低，當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的可靠性提高。
即便是除了電網(wǎng)，儲能也可能更加重要。例如，偏遠(yuǎn)地區(qū)和發(fā)展中國家的許多地方依靠分散式微電網(wǎng)提供電源。有限的道路與長距離所需的能源運(yùn)輸使可再生成為一個合理的選擇。這些偏遠(yuǎn)地區(qū)意味著強(qiáng)健的存儲系統(tǒng)對于滿足他們的需求至關(guān)重要。
塑料代替金屬
然而，開發(fā)電池儲能系統(tǒng)面臨的一個挑戰(zhàn)是，電網(wǎng)儲能所需的電池要比那些電動汽車內(nèi)發(fā)現(xiàn)的大的多。這意味著，他們需要更多量的鋰，鋰在汽車行業(yè)和許多其他行業(yè)中高需求的元素。出于這樣的原因，預(yù)計(jì)2030年，電動汽車需求增長10倍，鋰和其他電池金屬也將隨之增長。
為了完全避免這一挑戰(zhàn)，PolyJoule已經(jīng)開發(fā)了基于塑料而非金屬的電池。
從供應(yīng)鏈角度來看，塑料基電池的一個主要優(yōu)勢是其使用的聚合物可以從常見的工業(yè)原料制造。其結(jié)果是材料更豐富，最終減輕供應(yīng)鏈壓力。
聚合物電池還提供超過當(dāng)前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的安全改進(jìn)。雖然鋰離子電池包含有助于離子轉(zhuǎn)移的易燃液體電解液，但導(dǎo)電聚合物電池所需的液體要惰性得多。測試表明，任何程度的過充、損壞或短路都不會使PolyJoule的產(chǎn)品出現(xiàn)熱失控。無可燃性風(fēng)險意味著沒有昂貴的溫度控制系統(tǒng)，對終端用戶來說更安全。
此外，PolyJoule電池標(biāo)稱的運(yùn)行溫度范圍在-40至50度之間，而鋰離子電池的平均運(yùn)行溫度范圍在-20至50度之間?？紤]到電池儲能系統(tǒng)應(yīng)用，在偏遠(yuǎn)地區(qū)或許要面臨極熱或極寒天氣，聚合物電池在惡劣條件下不受影響地運(yùn)行，且無需氣候控制系統(tǒng)是一個巨大的吸引力。此外，PolyJoule預(yù)計(jì)導(dǎo)電聚合物電池的壽命可以持續(xù)超過20年或1.2萬次循環(huán)，是鋰離子電池電池壽命的兩倍多。
上升階段
我們正經(jīng)歷著全球可再生能源的蓬勃發(fā)展。目標(biāo)截止日期從2030年到2050年不等，但目標(biāo)是相同的:使用替代能源實(shí)現(xiàn)碳中和。
電池技術(shù)已經(jīng)成為焦點(diǎn)，特別是鋰離子電池，但所有使用相同電池的細(xì)微變化的工業(yè)和應(yīng)用都將對原材料產(chǎn)生巨大的需求和壓力。多樣化的電池技術(shù)，如導(dǎo)電聚合物，可能有助于加快計(jì)劃，并將碳中和從理想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會 楊柳翻譯
2022.11.2