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哪些新型储能技术从实验室走向商业化?  

2016-10-25 11:20:21|  分类: 生产工艺 |  标签: |举报 |字号 订阅

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美国能源部先进能源研究计划署(Advanced Research Projects Agency-Energy,ARPA-E)日前举行七周年庆典,对所资助的能源研发项目进行总结,并对成功实现从实验室走向商业化的项目进行了重点介绍。

储能

  ARPA-E创立于2007年,2009年首次获得4亿美元的政府示范资金支持用于资助能源领域先进技术的创新和孵化项目,为社会资本在风险投资过程中不愿意触及的技术研发环节提供资金支持。ARPA-E所支持的项目通常由企业和科研机构共同承担。从2009年起,ARPA-E已经为超过475个项目提供了13亿美元的资金支持。其中的45个项目在后续商业化过程中累计获得了12.5亿美元的融资。

  与电网级储能直接相关的ARPA-E支持计划包括Grid-Scale Rampable Intermittent Dispatchable Storage(GRIDS)和Batteriesfor Electrical Energy Storagein Transportation(BEEST)。ARPA-E主要支持以低成本和长寿命为目标的储能系统开发项目,力争通过采用新型技术将Pack级电池系统安装成本降低至$100/kWh。从2010年起ARPA-E累计支持的电池储能项目达到75个,预计未来5-10年将会实现产业化转移。

  在已经实现从实验室走向商业化的众多技术孵化项目中,ARPA-E重点对以下8个储能技术项目进行了推介:

  1、大容量低成本锌空气二次电池

  该技术由亚利桑那州立大学和FluidicEnergy公司共同开发。采用纳米锌负极材料、碳纳米颗粒正极材料和离子液体电解液构建起电池体系,成功地将锌空气电池由传统的一次电池升级转变为可用可逆充放电的二次电池系统。该电池产品定位于kW级应用,可以实现4-72小时的电力储存,未来将以传统备用电源市场为目标,替代柴油发电机或铅酸电池。

  2015年9月,Fluidic公司获得1.5亿美元融资用以推动该技术的商业化,并在发展中国家的通信基站备用电源领域建立了首个市场,未来还将扩展应用到偏远地区微电网领域。截止2016年1月,FluidicEnergy已经在东南亚和拉美地区安装了超过50000台锌空气电池。

  2、低成本、固定式储能用锌-二氧化锰二次电池

  该技术由纽约市立大学能源研究所(CUNY)和UrbanElectricPower(UEP)公司共同开发。采用新型二氧化锰正极材料和锌负极材料,并且通过复杂的电池管理策略对放电深度进行控制,实现了超过1500次的超长循环寿命。由此使得锌锰电池体系不再仅仅局限于消费电子领域,未来也可以拓展应用到电网固定式储能领域。

  UEP公司获得CUNY的技术授权,目前已经开发出两款电网级储能产品,包括针对发展中国家户用和商用市场的2-50kW备用电源产品和针对电网级储能应用、功率大于100kW的固定式储能系统。按照UEP的商业计划,未来随着电池系统实现大规模应用,电池成本将降低到$125/kWh以下。

 3、适用于电网级储能的小分子有机液流电池体系

  该技术由哈佛大学和SustainableInnovations公司共同开发。采用碱性水系电解液体系,以醌类小分子有机物为电解质,与传统全钒液流电池相比,实现了低成本、无毒和无腐蚀性。在电池制造方面,研究团队也是要塑料和非金属材料制作电池组件,以尽可能地提高电池的安全性和抗腐蚀性。目前SustainableInnovations公司已经开发出3kW液流电池系统,并正在积极融资以完成商业化。

  4、新型低成本高能量密度半固态结构电池体系

  该技术由MIT和24M公司共同开发。采用传统锂离子电池的磷酸铁锂正极材料和石墨负极材料,以悬浮浆液形式开发了厚电极半固态电池技术。与传统锂离子电池卷绕式、层叠式结构相比,厚电极结构的设计极大地简化了电池制造工艺、降低了电池的生产成本。

  24M公司利用该项技术制造出17Wh电芯样品,在C/4倍率下充放电寿命可以达到1000周,循环效率85%。24M公司已经将该技术定位于车用和固定式储能领域,正在以电池包成本$100/kWh、循环寿命不少于5000周为目标进行技术改进,预计将于2018年实现批量化生产。

  5、新型全铁离子混合液流电池

  该技术由ESSTech开发。以降低液流电池成本为出发点,采用FeCl2电解液和高功率电池设计,与传统全铁液流电池体系相比,功率密度可以提升4倍,成本也只有全钒液流电池的1/10。目前EESTech公司开发的单电池循环寿命超过2500周,10kW/75kWh的电池产品AC循环效率可以达到70%。

  ESS首先针对用户侧可再生能源平滑和负荷管理推出规模小于100kW的系统,首批客户包括美国空军工程部、StoneEdge农场、Napa酿酒厂等。2016年上半年ESS的订单规模接近100万美元。2015年10月,公司已经完成了320万美元的A轮融资,将致力于扩大生产规模、推动系统成本快速降低。

  6、新型锌溴液流电池体系

  该技术由PrimusPower公司开发。采用新结构的金属基底材料和混合金属催化剂替代传统的碳电极材料,使得新型锌溴电池电堆功率提高5倍,循环寿命延长8倍,具备了与铅蓄电池和锂离子电池接近的性能。目前PrimusPower公司已经推出25kW/125kWh系统,目前正在通过开展示范项目获得市场认可。

  目前PrimusPower已经获得6000万美元融资。2015年9月该系统获得亚洲一家公用事业公司1250套订单,2016年初还收到哈萨克斯坦一个光伏电站的25MW储能订单。

  7、高功率液流电池体系

  该技术由联合技术研发中心(URTC)和3M公司共同开发。采用新型电池工艺,使用全钒体系开发出20kW高功率液流电池系统,目标循环7500周、成本降低一半,未来也可以扩展至其他电解液体系。

  UTRC已将技术转让给VionxEnergy公司,后者开发出65kW/400kWh系统。VionxEnergy首套系统应用于美军FortDevens基地。VionxEnergy公司将产品首先定位于微网应用,未来将推广到大规模储能应用领域。

  8、低成本、长寿命有机液流电池体系

  该技术由AlveoEnergy开发。基于普鲁士蓝分子电对开发开放骨架的正负极材料,构建低成本高性能电池,目标循环寿命超过10000周,具备20C的倍率性能,日历寿命超过10年。目前AlveoEnergy已经开发出2Ah电池样品,正在进行商业化开发,未来将定位于备用电源和可再生能源储能领域进行推广应用。

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