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【其他資訊】“鐵空”“鋅空”引發(fā)關(guān)注

2024-03-29 15:19:12 廈門(mén)天研儀器有限公司 閱讀 1027

2月,兩則有關(guān)“金屬空氣電池”的消息引發(fā)關(guān)注,其一是首批鐵—空氣電池有望年內在美國生產(chǎn),其二是日本計劃2025年啟動(dòng)鋅—空氣電池試點(diǎn)生產(chǎn)。這似乎意味著(zhù),以鐵—空氣電池、鋅一空氣電池為代表的金屬空氣電池技術(shù),正在從研發(fā)示范邁向商業(yè)初期階段。業(yè)界認為,廉價(jià)且豐富的金屬材料讓金屬空氣電池較鋰離子電池具備更多顯著(zhù)優(yōu)勢,尤其是在長(cháng)時(shí)儲能領(lǐng)域。

金屬空氣電池走出研發(fā)低谷

相較于傳統離子電池,金屬空氣電池具有很高的理論能量密度,而且成本更低。美國麻省理工學(xué)院指出,金屬空氣電池的能量密度理論上可以比鋰離子電池高出數倍,根據類(lèi)型不同,金屬空氣電池的制造成本或可降低至鋰離子電池的10%甚至更低。

市場(chǎng)咨詢(xún)公司Market Research預計,到2028年,全球金屬空氣電池市場(chǎng)價(jià)值將從2021年的4.66億美元增長(cháng)至11.73億美元。

據日經(jīng)新聞網(wǎng)報道,日本夏普公司目前正在推進(jìn)鋅—空氣電池研發(fā),計劃在2025年啟動(dòng)試點(diǎn)生產(chǎn)項目。夏普公司表示,鋅—空氣電池可以實(shí)現與鋰離子電池相當的能量密度,但壽命卻比后者多一倍,這意味著(zhù)相同重量或體積下,鋅—空氣電池可以存儲更多能量。

鋅此前被用作堿性干電池等一次性電池的負極材料,但幾乎無(wú)法用于可反復充放電的充電電池,原因是鋅材料如果反復充放電,電極部分會(huì )析出針狀結晶,引起短路。夏普公司的研發(fā)方向是將充電單元和放電單元分離,即使電極部分產(chǎn)生針狀結晶,也不易發(fā)生短路。

夏普公司表示,一方面,鋅是儲量和產(chǎn)量都很高的基礎金屬之一,冶煉也很容易,可以降低原材料的采購成本;另一方面,鋅—空氣電池在放電過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物較少,環(huán)境負擔較小,而且整個(gè)充放電過(guò)程產(chǎn)生的熱量相較于鋰離子電池較少,不易發(fā)生熱失控現象,更安全。

首批鐵—空氣電池或今年問(wèn)世

同一時(shí)間,美國技術(shù)初創(chuàng )公司Form Energy宣布,近日完成有關(guān)鐵—空氣電池技術(shù)最新研究,有望今年內出產(chǎn)首批電池生產(chǎn)。Form Energy公司創(chuàng )始團隊來(lái)自麻省理工學(xué)院,他們找到了一種利用水基電解質(zhì)逆轉腐蝕過(guò)程的充放電方法。將薄板陰極和由鐵粉制成的陽(yáng)極與網(wǎng)固定在一起,中間是水基電解質(zhì),放電時(shí),電池“吸入”空氣中的氧氣,與水基電解質(zhì)發(fā)生反應,將鐵轉成鐵銹;充電時(shí),施加電流將鐵銹重新轉換成鐵,電池隨之“呼出”氧氣。

據了解,Form Energy公司將投資7.6億美元在西弗吉尼亞州建造一座新的鐵—空氣電池制造工廠(chǎng),該地區是美國最重要的鋼鐵重鎮之一,可以幫助該公司獲得制造電池所需的鐵。這是Form Energy公司的第5座工廠(chǎng)。油價(jià)網(wǎng)報道稱(chēng),美國??宋鳡柲茉垂臼荈orm Energy公司的主要客戶(hù)之一,已經(jīng)訂購了兩個(gè)10兆瓦系統,預計2025年啟動(dòng)試點(diǎn)項目。

基于這一方法,Form Energy公司的鐵—空氣電池成本僅為鋰離子電池的10%,但可滿(mǎn)足100小時(shí)儲能需求。

事實(shí)上,相較于鋰、鈷等更昂貴的金屬材料,鐵的可用性和低成本顯然更具吸引力。此外,鐵對環(huán)境的影響要小得多,因此,向鐵—空氣電池技術(shù)轉變代表了一種更可持續的儲能方案。

為長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)提供更多選擇

目前,儲能領(lǐng)域主要是鋰離子電池為主導,但考慮到鋰離子電池的局限性,加之近年來(lái)出現的供應鏈危機,尋求更穩定、性?xún)r(jià)比更高的電池技術(shù)已成為大勢所趨。

《自然》雜志指出,鐵—空氣電池的特性令其并不適合電動(dòng)汽車(chē)。一方面是因為鐵比鋰更重,另一方面是其充電效率和充電時(shí)間緩慢,無(wú)法實(shí)現快速充電。但這樣的特性卻反而非常適合電網(wǎng)級儲能,尤其是長(cháng)時(shí)儲能方面表現出色。

在Form Energy公司看來(lái),鐵—空氣電池就是為固定電網(wǎng)存儲而設計的,尤其面對“風(fēng)光”等間歇性可再生能源,該技術(shù)能夠儲存數天甚至數周時(shí)間的能量,這使其成為平衡電網(wǎng)運行的好幫手。不過(guò),由于放電速度較慢,鐵—空氣電池還需要與其他儲能技術(shù)配合處理用電需求高峰。

據麥肯錫和長(cháng)期儲能協(xié)會(huì )聯(lián)合預測,到2040年,全球有望部署1.5太瓦時(shí)至2.5太瓦時(shí)的長(cháng)時(shí)儲能容量,屆時(shí)整體儲能容量將達到85太瓦時(shí)至140太瓦時(shí);到2040年,長(cháng)時(shí)儲能部署每年可幫助減少1.5億噸至2.3億噸二氧化碳排放,這約是當前電力部門(mén)排放總量的10%至15%。

麥肯錫表示,長(cháng)時(shí)儲能在實(shí)現能源系統靈活性方面可以發(fā)揮核心作用。當前,探索和投資替代電池技術(shù)拓展的行業(yè)趨勢越發(fā)明顯,方案和設計的多樣性則會(huì )進(jìn)一步豐富研發(fā)方向,為創(chuàng )新長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)進(jìn)步鋪平道路。