世界微头条丨瑞士SPF团队欲采用铝氧化还原储能电池来应对季节性储能需求

时间:2022-08-24 18:41:41 来源: cnBeta.COM


铝的储能潜力,远超氢和锂电池(图自:SPF Institute for Solar Technology)

据悉,如果将铝作为氧化还原循环电池中的储能介质,其能量密度可达锂离子的 50 倍以上。

随着世界各地正在向着零碳排放努力,廉价可再生能源的间歇性问题也日渐凸显。以太阳能为例,光伏面板只有在光照良好的时段高效收集能量。


(资料图片)

此时就需要考虑如何将富余的能量,短暂地存储于某种形式的电池中,以便在太阳落山后再释放。此类大型储能项目已在多地部署,并且证明了它们的价值。

但若将时间放长到季节性层面,清洁能源的间歇性会更加凸显 —— 离赤道越远、冬季的光照就越少。

多年来,瑞士 SPF 太阳能技术研究所的工作人员们,一直在深入研究基于铝的氧化还原循环。

好消息是,在欧盟 Horizon Europe 计划和瑞士政府的资助下,他们刚刚启动了一个名为 Reveal 的新研究项目,并且吸引了来自七个欧洲国家的九个合作伙伴。

其实早在 2020 年,SPF 团队就已经在一份报告中描述过 —— 一块 1 m³(35.3 立方英尺)的铝块,能够储存大约 23.5 兆瓦时的能量。

这一数字是锂离子电池的 50 倍以上,在当年可为美国普通家庭供应 2.2 年。若从体积换成重量,铝每公斤铝亦可储存 8.7 kWh(约为特斯拉 Model 3 的 33 倍)。

理想中的“低温铝制氢”能量转换过程(假设燃料电池效率为 50%)

当然,一整块铝用起来实在不太方便,因而 Reveal 团队建议换成直径 1 mm(0.04 英寸)的铝球来代替。尽管损失了一些体积密度,但每立方米仍可储能 15 兆瓦时以上。

当然,想要充分利用铝储存的能量,还涉及更加复杂的输入 / 输出设计。比如在“充电”过程中,多余的可再生能源可用于将氧化铝 / 氢氧化铝转换为纯金属。

参考工业上的电解过程,这需要大约 800℃(1472℉)的温度。但为了避免传统冶炼厂的碳排放过程,研究人员也得用到新型惰性电极。

简单估算的话,研究团队估计整套系统的“充电”效率在 65% 左右。但其最大的优势,还是所用的原材料都相当丰富、成本低廉(某些废料)、且易于储存和运输。

四个瑞士城市的(年/月)光照走势

即使铝会在与环境空气接触时发生氧化,但氧化层的厚度不到半纳米。所以空气中存放的直径 1mm 的铝球,其化学能损失也远低于 1% 。

想要转换的话,也可在较低的温度下完成 —— 通过小于 100℃(212 ℉)的铝水反应,生成氢氧化铝与纯氢气。

然后氢气可直接进入 PEM 燃料电池堆并输出电力,过程中产生的热量可用于供暖或生活热水。

若在超过 200℃(392℉)的温度下运行,铝还可与蒸汽反应生成氧化铝、氢气、以及更高的热量水平,且足够提供给工业相关的应用。

Reveal 项目提议的铝“冶炼”储能 / 目的地释放“热与电”的图解

在 Reveal 的计划中,铝的“充电”过程可在中央冶炼厂完成。之后可批量运输至公寓楼、工业设施、甚至个人住宅以实现“现场释放”,期间所需的设备都相对简单且易于维护。

在耗尽“铝电池”中储存的能量之后,氧化铝和氢氧化物还可回炉重造,理想情况下更是可以实现无限次数的循环,因而客户无需苦恼于任何持续的原材料成本。

参考今年 2 月的一份报告,SPF 团队预估该项目全生命周期的平均能源成本(LCOE)低至 0.09 欧元 —— 远低于近年各种“大电池”储能项目的 0.15 美元左右。


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