付甜甜

美國伯克利實驗室攜手通用公司(GE)共同探索電動汽車儲能新方案

付甜甜

研發(fā)初衷：

這項研究最初是由EFRC(DOE-funded Energy Frontier Research Center)開始的。其目標(biāo)是研發(fā)新的儲能技術(shù)，這項技術(shù)將是有機(jī)液流電池和燃料電池的結(jié)合。燃料電池的一個弊端就是陰極的氧化反應(yīng)緩慢，因此就需要著眼于研發(fā)快速的、效率高的以及實用的液體陰極。最后，一個關(guān)于液流電池的想法出現(xiàn)了。

傳統(tǒng)的液流電池缺陷：

(1)電解液成本高，因含稀有材料如釩，特別是用于電網(wǎng)這種大規(guī)模電力存儲，需要大量的釩；(2)隔膜非常昂貴，而且需要經(jīng)常維護(hù)。

研發(fā)目標(biāo)：

■研發(fā)出用戶用得起的儲能方案，使汽車能行駛240英里；

■為電動汽車研發(fā)低成本的新型水基液流電池；

■其價格僅僅是目前市場上同等電池的四分之一。

研發(fā)單位：

現(xiàn)在，電動汽車的發(fā)展受制于電池笨重、昂貴且浪費空間。傳統(tǒng)的電池組包含幾百個電池，每個電池都包含眾多固體電極。這些都使得電池非常笨重。美國伯克利國家實驗室的科學(xué)家攜手美國通用公司（GE）的科學(xué)家有望找到下一代電動汽車電池的秘訣。目前，美國伯克利國家實驗室和通用電氣公司的科學(xué)家正在開發(fā)一種比傳統(tǒng)基站儲能電池更加強(qiáng)大的水基液流電池，有望成為下一代電動汽車電池，該電池一次充電后行駛里程有望大大增加，且物美價廉。這種新的制作工藝可能只是比沖速溶麥片稍微復(fù)雜一些。

這種新型液流電池采用無機(jī)活性材料水溶液，能夠同時轉(zhuǎn)移多個電子，因而具備高能量密度。而用于電池放電和充電的電化學(xué)池與儲能箱分離，使得電池具備更高的安全性能。科學(xué)家們正在開發(fā)實驗的化學(xué)反應(yīng)機(jī)制將致力于讓液流電池從全新的電化學(xué)反應(yīng)中獲取能源，并且這一反應(yīng)都將在水池中安全進(jìn)行。

早期電動汽車的水基液流電池設(shè)計模型

伯克利實驗室科學(xué)家Adam Weber說，“我們已經(jīng)在開發(fā)高功率傳統(tǒng)液流電池方面取得了重大成就，把這一專門技術(shù)植入高能量密度液流電池的可行性相當(dāng)大?！盙E全球研發(fā)中心水基液流電池項目負(fù)責(zé)人Soloveichik說：“它在價格和充電方面的優(yōu)勢對電動汽車領(lǐng)域可能產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。我們研發(fā)的新型液流電池的價格僅為目前市場上汽車電池的四分之一，但行車?yán)锍虆s是它們的三倍。美國能源部希望一塊電池能保證汽車行駛240英里（約384千米），我們認(rèn)為可以超越這個數(shù)字。”

增程依據(jù)：

以勞動節(jié)周末為例，估計在美國當(dāng)天會有3410萬司機(jī)開車出行，每輛車行駛里程將達(dá)50英里甚至更多。如果電池能支持汽車行駛240英里，那么人們只需一塊充電電池就能整個周末開車出行，既節(jié)省家庭開支又減少廢氣排放。

研發(fā)優(yōu)勢：

液流電池是一種大型儲能裝置，其基本工作原理為電池的正負(fù)極或某一極活性物質(zhì)為液態(tài)流體氧化還原電對。這些電池都可以通過快速充電并向電網(wǎng)輸電滿足電力高峰的供求，從而避免停電并減少對新高壓輸電線的需求。

液流電池簡介

電化學(xué)液流電池(electrochemical flow cell)一般稱為氧化還原液流電池(flow redox cell或者redox flow cell)是一種新型的大型電化學(xué)儲能裝置。

液流電池是一種新的利用正負(fù)極電解液分開、各自循環(huán)的高性能蓄電池。它具有容量高、使用領(lǐng)域（環(huán)境）廣、循環(huán)使用壽命長的特點，是目前的一種新能源產(chǎn)品。在廣泛利用可再生能源的呼聲高漲形勢下,可以預(yù)見,液流電池將迎來一個快速發(fā)展的時期。目前，液流電池普遍應(yīng)用的條件尚不具備，對許多問題尚需進(jìn)行深入的研究。

液流電池根據(jù)電極活性物質(zhì)的不同，可以分為全釩液流電池、鋰離子液流電池和鉛酸液流電池等。

液流電池研發(fā)歷程

2011年，美國普里莫斯電力公司（Primus Power）制造了第一款新型的液流電池，該款液流電池具有造價低、應(yīng)用廣等特點。

2011年，美國麻省理工學(xué)院科學(xué)家研制出了一種新型半固態(tài)液流電池，其成本僅為現(xiàn)有電動汽車所用電池的三分之一，卻能讓電動汽車一次充電的行駛里程加倍。

2012年，全釩液流電池儲能系統(tǒng)制造商普能公司宣布，世界領(lǐng)先的、具備電網(wǎng)級規(guī)模循環(huán)儲電的全釩液流電池儲能系統(tǒng)獲得加州愛迪生電力公司的并網(wǎng)運營許可。

2013年，MIT研究出既便宜又高效的可循環(huán)使用液流電池，可以儲存間歇性能源，發(fā)電量是大部分鋰電池的10倍。

2013年，美國能源部(DOE)的SLAC國家加速器實驗室和斯坦福大學(xué)的研究人員設(shè)計了低成本、長壽命的液流電池,可使太陽能和風(fēng)能成為電網(wǎng)的主要供給能源。