PolyJoule圓柱形聚合物托盤。

從金屬基電池的轉變可能為可再生能源儲能系統(tǒng)鋪平道路。

隨著對煤炭與化石燃料的轉變，風力發(fā)電廠與太陽能發(fā)電廠正在全球興起。像這樣的替代方案主要是補充性的，由于其天然的間歇性，只能為電網(wǎng)提供一小部分的電力。來自風車和太陽能電池的過量供應需要以一種方式儲存，例如，當需要時可以很容易地接入電網(wǎng)，通常在用電高峰的時段里。

過量能源通常存儲在大型鋰離子電池內，然而這種方法帶來了可持續(xù)性的擔憂。PolyJoule是在位于波士頓的初創(chuàng)公司，該公司針對大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)提出了一種新的解決方案，這種解決方案獨特地不需要金屬。

在該文章中，我們將討論儲能系統(tǒng)，PolyJoule系統(tǒng)優(yōu)勢，以及對該行業(yè)的潛在影響。

儲能系統(tǒng)

在追求凈零碳排放（net zero emission）的過程中，電池儲能系統(tǒng)（BESS）將成為促進可再生能源使用的極有價值的資產。太陽能、風能等可再生能源面臨的一個主要挑戰(zhàn)是其非連續(xù)的輸出：如果沒有陣風或云，就不能產生能源。這就是電池儲能系統(tǒng)的重要地位，在高產期儲存多余的能量，然后在低產期使用。這樣，隨著化石燃料與煤炭發(fā)電廠的逐步淘汰，儲存可再生能源可有效維持電網(wǎng)的可靠性與穩(wěn)定性供應。

除了大型電網(wǎng)，電池儲能系統(tǒng)還具有商業(yè)和住宅應用。通過先進軟件算法，該系統(tǒng)可以選擇何時存儲和釋放能量。在高需求時段釋放能量被稱為調峰。該過程減少了能源的購買量，并且為電網(wǎng)減輕了壓力。因此，電力激增的可能性較低，當?shù)仉娋W(wǎng)的可靠性提高。

即便是除了電網(wǎng)，儲能也可能更加重要。例如，偏遠地區(qū)和發(fā)展中國家的許多地方依靠分散式微電網(wǎng)提供電源。有限的道路與長距離所需的能源運輸使可再生成為一個合理的選擇。這些偏遠地區(qū)意味著強健的存儲系統(tǒng)對于滿足他們的需求至關重要。

塑料代替金屬

然而，開發(fā)電池儲能系統(tǒng)面臨的一個挑戰(zhàn)是，電網(wǎng)儲能所需的電池要比那些電動汽車內發(fā)現(xiàn)的大的多。這意味著，他們需要更多量的鋰，鋰在汽車行業(yè)和許多其他行業(yè)中高需求的元素。出于這樣的原因，預計2030年，電動汽車需求增長10倍，鋰和其他電池金屬也將隨之增長。

為了完全避免這一挑戰(zhàn)，PolyJoule已經(jīng)開發(fā)了基于塑料而非金屬的電池。

從供應鏈角度來看，塑料基電池的一個主要優(yōu)勢是其使用的聚合物可以從常見的工業(yè)原料制造。其結果是材料更豐富，最終減輕供應鏈壓力。

聚合物電池還提供超過當前行業(yè)標準的安全改進。雖然鋰離子電池包含有助于離子轉移的易燃液體電解液，但導電聚合物電池所需的液體要惰性得多。測試表明，任何程度的過充、損壞或短路都不會使PolyJoule的產品出現(xiàn)熱失控。無可燃性風險意味著沒有昂貴的溫度控制系統(tǒng)，對終端用戶來說更安全。

此外，PolyJoule電池標稱的運行溫度范圍在-40至50度之間，而鋰離子電池的平均運行溫度范圍在-20至50度之間?？紤]到電池儲能系統(tǒng)應用，在偏遠地區(qū)或許要面臨極熱或極寒天氣，聚合物電池在惡劣條件下不受影響地運行，且無需氣候控制系統(tǒng)是一個巨大的吸引力。此外，PolyJoule預計導電聚合物電池的壽命可以持續(xù)超過20年或1.2萬次循環(huán)，是鋰離子電池電池壽命的兩倍多。

上升階段

我們正經(jīng)歷著全球可再生能源的蓬勃發(fā)展。目標截止日期從2030年到2050年不等，但目標是相同的:使用替代能源實現(xiàn)碳中和。

電池技術已經(jīng)成為焦點，特別是鋰離子電池，但所有使用相同電池的細微變化的工業(yè)和應用都將對原材料產生巨大的需求和壓力。多樣化的電池技術，如導電聚合物，可能有助于加快計劃，并將碳中和從理想變?yōu)楝F(xiàn)實。

中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會 楊柳翻譯

2022.11.2