1991年,索尼將第一款鋰離子充電電池商業化,永遠改變了移動設備的歷史.今天,我們正在尋找能夠在國家電網上儲存可再生能源的下一代可充電超級電池。

可再生能源,例如風力發電和太陽能發電,正變得越來越受歡迎。但是,如果將清潔能源與煤電競爭,那麼根據科學家預測,“至少需要電池比鋰離子電池便宜5倍,這是一個巨大的跳躍,需要的能量密度大約為現在的5或更高。“能量密度定義為給定體積中存儲的能量。從外形的角度來說,更高的能量密度意味著使用電子設備更長的時間。最常見且流行的高能電池是鋰離子電池。這是智能手機,平板電腦和筆記本電腦中的電池類型。鋰離子電池不應與鋰金屬電池混淆;鋰金屬電池比鋰離子電池具有更高的能量密度,但它們的安全性也低得多。

鋰具有較低的相對原子質量,這意味著它的重量不大。鋰是一種具有特性的元素,非常適合在非常小的光源中提供大量電能,它能夠釋放大量能量,這使得鋰電池在平板電腦,無人機甚至汽車都非常理想。

電動汽車公司特斯拉汽車公司使用鋰離子電池作為其車輛的動力源。 Gigafactory位於內華達州斯帕克斯郊外,是特斯拉生產用於汽車的鋰離子電池的地方。根據特斯拉汽車公司的說法,特斯拉的Model S每輛車使用約8,000個鋰離子電池。特斯拉的電池尺寸與18650電池相似。

大規模儲能


雖然鋰離子電池在我們的智能手機中無處不在,但它們並不總是安全,還記得臭名昭著的“爆炸式”Galaxy Note 7智能手機?為了真正實現與一個國家電網一樣大規模的能量存儲,下一代超級電池必須更小,更便宜,更強大,以及安全和清潔。在尋求新的大規模儲能方面,最關鍵需要兼顧低成本和安全性。通常,非常便宜的電池是不安全的,並且超安全的電池是昂貴的。但電網需要廉價和安全的儲能解決方案。

想要做到每個時刻均等電力輸出,這意味著發電廠不斷加大或減少他們產生的電量,這種“傾斜”的例子包括天然氣發電廠的上升或下降或者在水壩上溢出更多的水。正如您所看到的,電力需求的匹配是複雜的,並且將可再生能源發電添加到電網將變得更復雜,當風停止吹,或太陽落山,或雲減少陽光,可再生能源發電的額功率時刻都在變化,這時仍然必須滿足電力需求。因此,如何這些“綠色”可再生但間歇性的能源將在電網中發揮重要作用,那麼他們將需要一個新的合作伙伴:儲能。

我們借用美國能源部的數據,2013年美國的電網存儲量約為24.6GW(約佔電力總產能的2.3%)。其中95%是抽水蓄能水電。抽水蓄能水電是電力系統用於負載平衡的一種水電能量存儲。該方法以水的重力勢能的形式存儲能量,從較低的高度水庫泵送到較高的海拔。

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夜晚

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白天

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另一種大規模形式的儲能方式是鹽水電池,它使用鹽水作為電池的電解質;因此,這個名稱為“鹽水電池”。儘管這種類型的電池比鋰離子電池的能量密度低得多,但它不易燃,無毒且非常便宜。位於賓夕法尼亞州匹茲堡附近的Aquion Energy工廠正在批量生產這種鹽水電池,用於全球數百個太陽能發電廠。

其他類型的能量存儲解決方案包括熔鹽儲能器。

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很明顯,我們沒有電力短缺,而是在某些時候電力短缺,而在其他時間電力過多。我相信幾十年後,我們將不止看到兩種或三種類型的儲能解決方案,而是因地制宜看到各種尺寸,形狀和技術類型的儲能方式,而且它們都相對便宜和安全。

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