返回首页|能源行业产品大典 与我互动 在线投稿
中国储能新闻频道
扫描关注能源界官方微信

滚动新闻:

当前位置:首页 > 储能 > 行业动态

MIT电化学专家Donald Sadoway谈电池储能技术的创新议题

2018-01-30  来源:互联网      电池储能  储能技术  发电厂   

1月28日,麻省理工学院(MIT)材料科学与工程系教授Donald Sadoway在某行业峰会上谈了关于电池储能技术的创新议题,他认为要变革现有的行业,实现技术的突破,必然会耗费巨大的成本,所以需要在研究阶段就开始考虑控制成本的问题。

\

麻省理工学院(MIT)材料科学与工程系教授Donald Sadoway

储能技术该如何创新

Donald Sadoway是世界著名的材料化学、熔盐物理化学、电化学专家,在贵重金属提炼、液态金属电池等方面有很深造诣。他认为,对于现代社会来讲,电力往往和现代化紧密挂钩,所以电力网络就显得格外重要,电力网络就是世界上最大的供应链。

\

如图所示,地球上还有大部分地区都被黑夜笼罩,显然那里急需电力供应。要解决这个问题,就势必涉及到储能的广泛应用。对于太阳能、风能这些可再生能源来说,都会出现间歇性供应的问题,所以如果要更好地发挥它们的效能,就必须要有一整套储能解决方案。

那么现有储能技术发展状况如何呢?Donald Sadoway教授认为现状并不乐观。首先是大规模的储能设施并不像手机或电脑里的电池一样简单,它必须能满足安全稳定运行二、三十年,否则就是一场灾难。另外,还必须保证其能够在运行上做到操作足够灵活,这也是其稳定运行的前提,还有很重要的一点就是要严格控制生产成本。从实验室到市场,仍然有很长的路要走。

\

Donald Sadoway插播了一段科普小故事,最早,电池是由一位名叫Alessandro Volta的意大利教授发明的,在意大利10000里拉的纸币上印有他的头像。

\

Alessandro Volta特别值得提的一点就是,他证明了一位教授可以将自己的研究转化为有益的社会实践。这也极大地启发了Donald Sadoway所从事的电池研究,“首先,我意识到,我需要我的团队一起齐心协力,还有一点是要从设计伊始就必须综合考虑到给制造商提供一定的生产便捷性。”

但Donald Sadoway和他的团队在研发过程中也受到了质疑,因为对于兆瓦级别的大型发电厂来讲,小小的一枚电池似乎怎么看都不太能满足他们的储能需求,就更不要提改变世界了。“也的确有电池行业内的人说我们是疯了,但我想说的是,不要只着眼于固有的行业和已有的发明,一定要有创新。所以我就把目光投向了电解铝行业,他们通常都配有很大的设备,一天24小时不间断工作,而规模效应会带来成本的降低,他们获取1千克铝的成本不足一美元。”

\

液态金属电池的发明

受此启发,Donald Sadoway研究团队将电解铝的步骤逆向操作,发明了液态金属电池,能够实现大规模且廉价的电力存储,这就是以不同的视角去看待问题所带来的好处。他的团队成员,没有任何一个人是电池方面的专家,之前甚至都没有接触过电化学相关的研究,但他们都是聪明、没有偏见且无所畏惧的青年才俊,照样可以做出杰出的成果。“当然,进展也并不是一帆风顺,开始时实验总是失败,但经过几年的研究之后,我们创造了奇迹,我相信二三十年之后,我们一定能够做出更多的成绩。”

\

\

\

液态金属电池结构,最底层是液态锑,中层是熔盐电解质,上层是液态镁,熔盐处在两层液态金属的中间。

液态金属电池的效能如何?Donald Sadoway教授说,这种电池非常特别,有很长的循环寿命,而且容量十分稳定,从下面这张图表可以看出,随着使用时间的延长,整个电池的损耗率也是非常低,即便每一天都进行充放电操作,持续使用10年之后依然能够保持初始容量的99%。

\

\

在取得了技术上的突破之后,Donald Sadoway和他的学生们一起成立了一家名为AMBRI的公司专门生产液态金属电池。并且获得了来自比尔˙盖茨的A轮投资,预计产品将会在两年后面世。

透露一下产品的具体信息:体积为18立方米; 储电量1000 kWh,功率为350kW;支持1000伏直流电; 总重15吨,合计每千克储能67Wh,要比锂电池便宜。

\

在室温之下,液态金属电池产品的寿命为4年,但它却可以做到超过4000次的充放电——相当于每天充放电一次可以使用10年,而且正如前面所提的,它可以在经过4000余次的充放电后依然保有原有容量的99%。

对于技术的创新,Donald Sadoway教授提出了他的总结思考:1、要有勇气走出锂电池的框架,从中有所借鉴来发明自己的储能系统。2、杰出的年轻人能够给我们很多灵感,激发我们去发明创造新的东西。只要有理性、毅力和坚持,就可以将微弱的可能变为不可阻挡的突破。

基础研究需要政府支持

Donald Sadoway认为,对于基础研究,需要一定的创新资金,现实和需求还是有差距的,尤其是在美国。在某种程度上,很多的投资花费方式是错误的,例如有的是花到锂电池的研究上,“我们早就可以在商店里买到锂电池了,为什么还要投资这么多在这个领域?”

他表示,私营企业对于可再生能源是比较有兴趣的,所以对于可再生能源的商业化,还是有很好的发展趋势的。“关于液态金属电池的研究最初起源于2009年,当时油价是每桶90-100美元,有大企业的CEO意识到可能过一些年,石油和天然气储量会越来越少,会更多地倾向于可再生能源,比如说太阳能,但他们突然意识到,如果太阳能不能储存那就毫无用处。所以他们找到了我,说是否可以投一点钱,请我做这种研究。因此,要确保新技术可以使用是很重要的。而想要有新的技术,就需要有基础性研究,这时候政府也需要做出努力。我有很多的学生,其中有一大部分来了中国,在这里有学术机会做一些研究或者是去一些企业,机会多样化。“

电池技术突破还有多远?

现有锂离子电池的核心技术突破是在上世纪80年代完成的,并逐步发展成为目前最稳定、可靠的移动端和汽车端能量储存技术,然而到目前为止,尚没有任何一种先进锂离子电池可以同时满足高能量密度、高循环寿命、高安全性和较低成本等一系列指标。

Donald Sadoway教授告诉第一电动网,电池技术的突破需要资金,特别是研发方面,但目前很多的整车厂商,好像并没有在这方面投入了很大的研发成本。包括即使像苹果这样伟大的公司也是想从现有的市场中找到综合性价比更好的电池。

主流的锂电池技术显然是有这样、那样的问题,目前Donald Sadoway的研究团队也在研究。但是,他认为这样的一个技术在短期内不会看到突破性的进展,还需要一定的时间去做研发的突破。此外,就是谁来出钱做研发的问题,这需要有一些没有偏见的,能够对革命性的技术有热忱的资金投入进来,要想取得突破,也意味着伴随风险,所以需要有远见卓识的资本加入,和技术探究结合来进行突破。

谁能接替锂电池?

固态锂电池、锂空气电池、钠离子电池……,未来谁能成为接班人?Donald Sadoway教授认为,这里面的关键词是“性价比”。

“我也是材料科学家,这么多年来,也看到有新材料不断地涌现。目前我们用的锂电池在性价比上的表现是最好的,所以它还是主流。但是,很多媒体提到的那些新的材料让大家欢欣鼓舞,有我们听过的,可能还有我们没听说过的,实际上很多是在实验室做出来的,最后都有开头,没有结尾,或者销声匿迹。”Donald Sadoway教授告诉第一电动网,主要的原因就是成本,因为价格太高而无法广泛的使用,有些目前只能小批量生产,无法做到很大规模应用。

每一度电都要真金白银,要有更好的性价比,要有更长的循环寿命,最主要的是成本较低。只有在综合能力上达到了这样的指标,才有可能替代目前主流——锂电池。

电池循环使用要综合考量!

Donald Sadoway教授个人认为,动力电池回收没有很大的经济价值。他举例说,“平时的食品饮料罐很多都用铝包装,铝的回收是很容易的。但是,造一架飞机宁肯用新的铝,也会不用回收的铝。因为回收的铝里面会有很多杂质,把杂质去除所花的成本要比用新的铝还贵,所以从经济效益来说直接就用新的材料。目前主流的锂电池里面的分子、层次、结构太复杂,回收可能是可以回收,但是要把这么复杂的结构,把里面有用的成分提取出来,循环使用,本身这个成本就很高。

大家都在提资源循环利用也许是因为基于几个假设:第一,地球上的资源有限,第二,废料可能不加以循环利用,就会成为垃圾,而垃圾的填埋跟着就成为一个大问题。但是,很多时候也需要综合地去考虑问题,有些可能还不如不循环利用来得好。

人们有这样的环保意识,有绿色的节能意识,本身是一件好事,但是我们也要去反思,是不是有的时候我们过渡的热情了,或者是过渡的把循环利用的概念过渡的夸大了,而没有去综合考量。

目前电动汽车使用的锂电池结构,可能就需要在最初设计的时候进行创新,把它的循环利用考虑进去,结构不要这么复杂,能用更方便、更低的成本去回收循环利用,这样问题才能得到解决。

继续阅读