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诺奖技术首次应用 新型有机电池优于金属电池
www.creaders.net | 2022-10-18 16:09:06  大纪元 | 0条评论 | 查看/发表评论
 

  美国麻省理工学院一项有机聚合物(非金属)电池的首次实际应用,为替代锂离子等金属电池提供了一个新的选项。这是一种更安全、更适用、更便宜和更持久的电池,以储存和调节风能和太阳能等间歇性新能源,保持电网的弹性和稳定性,也有望促进新能源的发展和利用。

诺奖技术首次应用 新型有机电池优于金属电池

  目前风能和太阳能等新能源行业的发展,即能够在电网中占比多少,很大程度上取决于储能技术对新能源并网时,造成的电网波动能够调节和平复多少。目前以锂电池为主的电化学储能技术本身的不足及较高的成本,跟不上新能源持续发展的要求。

  这项在2000年获诺贝尔化学奖(导电聚合物)的革命性技术的应用,据称可克服目前锂电池等金属电池的主要问题或不足,比如不容易过热燃烧、不受寒冷天气影响,且95%可回收,能够解决目前金属电池很难回收,进而造成更严重污染的问题。

  尤其重要的是,新电池因为使用容易获得的有机原料来代替昂贵金属,造价便宜,而且无需锂电池等温度敏感电池所需的温度调节装置,这也大大降低了储能成本;另外这种塑胶电池具有比锂电池更快的充放电效率,更符合电网对间歇性冲击能够迅速调节的要求。

  有机电池从实验室到首个规模应用

  由麻省理工学院的科学家们创立的公司PolyJoule,其使用导电聚合物制造的工业规模有机电池,最近在乳制品生产行业得以实际应用。

  其首个合作伙伴,是新西兰的全球最大乳制品原料供应商恒天然(Fonterra)。这个覆盖新西兰乳业95%的超级合作社,使用全国电网多达2.5%的电力。

  在恒天然一个24小时运行的乳品加工厂,PolyJoule的电池已经经过了10个月测试,主要用于确保提供不间断电力和能源套利应用,即在最便宜的非高峰时段存储电力,然后在价格最高的高峰时段释放使用电力。

  根据最近双方达成的商业协议,这套储能装置将从明年开始全面投入使用,届时将可为恒天然的全电动运输卡车充电,并根据电价(能源套利)和天气(利用间歇性风能和太阳能)弹性运作,向100%使用可再生能源(并网发电)营运农场/加工厂的目标迈进。

  这套全球首个工业规模有机电池装置,大小约为一个大冰箱,会把加工厂的储电从10千瓦/时升级到125千瓦/时。

  几乎各方面都优于金属电池

  PolyJoule电池采用标准的两电极电化学构造,其中包括导电聚合物、碳—石墨烯混合物和不易燃的液体电解质。这种有机聚合物,通过交替的碳—碳单键和碳—碳双键形成导电主链,能让电子沿碳链传导。

  根据PolyJoule行政总裁埃利‧帕斯特(Eli Paster)的说法,这种有机电池系统的成本,仅为锂离子系统的三十分之一。除了其材料成本更便宜,还不需要昂贵的温度管理和灭火系统。

  在存储成本方面,该电池系统为每千瓦/时65美元;相比之下,锂离子电池系统的总成本在每千瓦/时143~248美元之间。

  这种电池也容易生产,目前该公司已经使用简单的卷对卷工艺生产了一万八千多个电池。

  新电池没有易燃的电解质,不易过热,不会自燃,所以非常安全,可以随处使用;这种塑胶电池的工作范围在-45℃至50℃之间,因此也不会像锂电池那样在寒冷天气下无法正常工作;而且新电池不含金属、无毒,中性pH值,可回收率高达95%,不污染环境。

  这种有机电池的功率密度是锂离子电池的10倍。放电时,它能够在10秒内释放约1MW电量,而普通锂离子电池则需要60秒时间。充电时,它可以在5分钟内完成,一些锂离子电池则需要2个小时。

  新电池的这种快速充电和放电特性,非常适合用于电网调节/平衡,因为电网必须能够对需求变化立即响应。

  在使用寿命方面,塑胶电池在其生命周期内可能进行约12,000次充电循环,使用寿命预期为20至30年,而普通锂离子电池仅可执行约5,000次充电循环。

  与金属电池相比,这种塑胶电池的唯一一个弱点,就是能量密度低,体积大。同样的功率电力,其体积约为锂电池的六倍,所以目前还无法用于电动车或手机。

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