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【其他资讯】“铁空”“锌空”引发关注

2024-03-29 15:19:12 厦门天研仪器有限公司 阅读 900

2月,两则有关“金属空气电池”的消息引发关注,其一是首批铁—空气电池有望年内在美国生产,其二是日本计划2025年启动锌—空气电池试点生产。这似乎意味着,以铁—空气电池、锌一空气电池为代表的金属空气电池技术,正在从研发示范迈向商业初期阶段。业界认为,廉价且丰富的金属材料让金属空气电池较锂离子电池具备更多显著优势,尤其是在长时储能领域。

金属空气电池走出研发低谷

相较于传统离子电池,金属空气电池具有很高的理论能量密度,而且成本更低。美国麻省理工学院指出,金属空气电池的能量密度理论上可以比锂离子电池高出数倍,根据类型不同,金属空气电池的制造成本或可降低至锂离子电池的10%甚至更低。

市场咨询公司Market Research预计,到2028年,全球金属空气电池市场价值将从2021年的4.66亿美元增长至11.73亿美元。

据日经新闻网报道,日本夏普公司目前正在推进锌—空气电池研发,计划在2025年启动试点生产项目。夏普公司表示,锌—空气电池可以实现与锂离子电池相当的能量密度,但寿命却比后者多一倍,这意味着相同重量或体积下,锌—空气电池可以存储更多能量。

锌此前被用作碱性干电池等一次性电池的负极材料,但几乎无法用于可反复充放电的充电电池,原因是锌材料如果反复充放电,电极部分会析出针状结晶,引起短路。夏普公司的研发方向是将充电单元和放电单元分离,即使电极部分产生针状结晶,也不易发生短路。

夏普公司表示,一方面,锌是储量和产量都很高的基础金属之一,冶炼也很容易,可以降低原材料的采购成本;另一方面,锌—空气电池在放电过程中产生的废弃物较少,环境负担较小,而且整个充放电过程产生的热量相较于锂离子电池较少,不易发生热失控现象,更安全。

首批铁—空气电池或今年问世

同一时间,美国技术初创公司Form Energy宣布,近日完成有关铁—空气电池技术最新研究,有望今年内出产首批电池生产。Form Energy公司创始团队来自麻省理工学院,他们找到了一种利用水基电解质逆转腐蚀过程的充放电方法。将薄板阴极和由铁粉制成的阳极与网固定在一起,中间是水基电解质,放电时,电池“吸入”空气中的氧气,与水基电解质发生反应,将铁转成铁锈;充电时,施加电流将铁锈重新转换成铁,电池随之“呼出”氧气。

据了解,Form Energy公司将投资7.6亿美元在西弗吉尼亚州建造一座新的铁—空气电池制造工厂,该地区是美国最重要的钢铁重镇之一,可以帮助该公司获得制造电池所需的铁。这是Form Energy公司的第5座工厂。油价网报道称,美国埃克西尔能源公司是Form Energy公司的主要客户之一,已经订购了两个10兆瓦系统,预计2025年启动试点项目。

基于这一方法,Form Energy公司的铁—空气电池成本仅为锂离子电池的10%,但可满足100小时储能需求。

事实上,相较于锂、钴等更昂贵的金属材料,铁的可用性和低成本显然更具吸引力。此外,铁对环境的影响要小得多,因此,向铁—空气电池技术转变代表了一种更可持续的储能方案。

为长时储能技术提供更多选择

目前,储能领域主要是锂离子电池为主导,但考虑到锂离子电池的局限性,加之近年来出现的供应链危机,寻求更稳定、性价比更高的电池技术已成为大势所趋。

《自然》杂志指出,铁—空气电池的特性令其并不适合电动汽车。一方面是因为铁比锂更重,另一方面是其充电效率和充电时间缓慢,无法实现快速充电。但这样的特性却反而非常适合电网级储能,尤其是长时储能方面表现出色。

在Form Energy公司看来,铁—空气电池就是为固定电网存储而设计的,尤其面对“风光”等间歇性可再生能源,该技术能够储存数天甚至数周时间的能量,这使其成为平衡电网运行的好帮手。不过,由于放电速度较慢,铁—空气电池还需要与其他储能技术配合处理用电需求高峰。

据麦肯锡和长期储能协会联合预测,到2040年,全球有望部署1.5太瓦时至2.5太瓦时的长时储能容量,届时整体储能容量将达到85太瓦时至140太瓦时;到2040年,长时储能部署每年可帮助减少1.5亿吨至2.3亿吨二氧化碳排放,这约是当前电力部门排放总量的10%至15%。

麦肯锡表示,长时储能在实现能源系统灵活性方面可以发挥核心作用。当前,探索和投资替代电池技术拓展的行业趋势越发明显,方案和设计的多样性则会进一步丰富研发方向,为创新长时储能技术进步铺平道路。