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英国开发新型单液流电池,可迅速替代锂电池?寿命可达20年以上!

新能源说(稿源) 2023-1-25 11:06 No.1281

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自电被广泛应用以来,人们对于电池这种能够储存电力的装置不断的优化升级。从镍镉电池,到磷酸铁锂电池,电池的种类正不断朝着多元化的发展,而锂电池以更高的能量密度和质量更轻、寿命更久受到人们的关注。

然而现在英国有一家科技公司,开发了一款新型的单液流电池,相较于锂电池来说,能量密度更高,使用寿命更长,价格更为便宜。这一新发现,可以取代叱咤电池界的锂电池吗?


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新型液流电池

电池作为人类发展的重要工具之一,而电池的升级和改进也成为科技制造业的发展重点之一。

自锂电池出现以来,它的身影出现在大街小巷,成为家家户户必备的电力储存工具。长期以来,锂电池以质量轻、能量密度高、价格低廉等因素受到人们的喜爱。


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然而2022年,英国的一家初创公司智慧能源公司Stor Tera一项公告,打破了锂电池长期以来的制霸局面,这便是单液流电池(SLIQ)。


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据悉,这种新型电池利用了长期可再生能源存储系统,融合了锂电池中高能量密度和充电速度快优势以及液流电池的价格低廉的优点,实现上了技术上的突破,如果以后这项技术得以普及,可以有效的实现电池的使用成本进一步下降,让电力使用更加亲民化。


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Stor Tera公司的研发成果得到了大众高度关注,认为其可能成为取代锂电池,成为新一代的电池。

对于外界的猜测和称赞,公司的CEO表示在研发过程中,公司在利用现有两大电池技术基础上,综合两种电池的优点,克服此前锂电池所难以攻克的技术难题。

这种电池的能量密度达到了250瓦/升,相较于磷酸铁锂电池的能量密度不足200瓦/千克,目前所开发的液流电池中,这种SLIQ是市面中能量密度最高之一。


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据介绍,Stor Tera系统的工作原理,主要是将含有高密集能量的某一液体导入公司特制的膜堆之中,这样的方式,可以提供更长时间的能量存储。

之所以选择单一液体,是考虑到系统组件的缘故。

在电池制造行业,系统组件越少,意味着所需要消耗材料成本和安全性能的提升。而公司所坚持的低成本材料和电池制造方式,让电池的成本进一步降低。


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根据Stor Tera所披露的研究计划中,这项新型液流电池的成本约为每千瓦£120,商业化后这项成本将会下降至如今的5/8。商业化之后,由于它具有毫秒级的响应效率和长时间的存储,预计未来的商业应用场景,主要用于太阳和风力发电之中。


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配合公司所研发的智能控制平台,这款新型液流电池可以为工业和商业提供更加全新的发展动力,而这一系统控制平台,可以有效根据天气的数据和峰值等进行持续性的优化。

新型液流电池的益处

虽然部分锂电池的能量可以达到200-300瓦/千克,但是和它们相比,Stor Tera公司所研发的SLIQ价格更为低廉。

公司预计当这项技术成熟后,普及难度小,届时将掀起电池界的改革浪潮。同时,由于其能量密度相对于一般的锂电池更高,因此其可以实现更长的使用寿命,预计最高可达到30年。


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公司研发人员表示,这项技术响应时间精确到毫秒级,远超市面上一般性的电池,同时他内部的能量储存可以满足8个小时左右的电力供应。

而且具有30年的使用寿命,这意味着它至少可以满足7500以上的循环次数。


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此外,在安全性方面,设计师也经过精巧的设计。和一般性的电池相比,没有冷却要求,也不需要高闪点材料。

因此,从安全性方面考虑,省去中间环节,也免去了由于部分电池在强光照射下,发生爆炸的可能性。


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环保方面,这款新型液流电池则从材料选取和内循环设计等多个角度,对电池存储和释放电能进行全面的升级。

研究人员表示,我们希望利用自己的努力,打造一款环保型、可持续的电池技术,构建一种原材料可回收和可以推动木材工业发展的副产品,尽可能的循环使用,建立起循环经济。


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新型储蓄电能工具研发的迫切性

从目前电池行业发展的总体趋势上看,液流电池成为了发展一大突破的重点和主流。受到全球能源影响,2020年的下半年开始,锂电池生产所需要的原材料价格飞涨,产能严重紧缺,各国开始寻求新型电池发展,以解决单纯的依赖锂电池的风险。


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从锂电池的下游市场上看,电动汽车、消费电子等快消品都需要应用到这一产能。另外,随着锂电池的推广和应用,其问题也逐渐暴露出来,寿命不长、爆炸偶有发生,储能时间短暂等是目前锂电池生产行业难以解决的问题,无法满足当前电子产品领域对于电能的要求。


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在现阶段的锂电池生产技术水平的限制下,市面上使用的锂电池储能时长约为2个小时左右,尽管随着技术突破,勉强可以提升到3-4个小时,但实现6个小时的蓄能,技术和成本上难以突破。


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目前,锂电池想要实现储能时长的方式,主要依赖的是电芯厚度的增加,但是这种增加不仅会主材使用成本,而且内阻变大,散热性下降,温度上升可能造成爆炸、短路等问题。

作为一种商业普及性极高的产品,厂商在生产过程中需要综合考虑成本的问题,如果一味地提高储能时间,可能会造成成本过高,进而丧失市场领导权。


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在2020-2022年所爆发电能危机也充分显示了我国储能行业的困境。

可再生能源近两年势头迅猛,但是难抵火力、水力发电下降情况下,风力发电并不是承担我国发电的主力,在没有大容量电能存储下,各地的用电出现捉襟见肘的窘境。


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在这一情况的冲击下,再次重申了可再生能源的重要性,同时也将它们所需的新型电力系统问题重新提上了日程。

根据专家预测,目前利用可再生能源中,有超过半数以上需要具备十余个小时甚至几天的电力储备工具,部分甚至需要构建电力网。而存储电量小、储能时间短的锂电池难以承担这一重任。


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目前,行业内通常采用压缩空气和抽水蓄能两种方式,但是上述两种方法均受到时空的限制,在部分地区并不适用。液流电池的优势,便在这里凸显了出来,成为了目前主流研究方向。


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液流电池的优势

2017年,在国家政策利好下,企业对于研制液流电池的热情高涨。

而液流电池之所以受到各界的高度关注,其有着以下三大优势:使用寿命长,安全稳定性高且绿色环保,在这三者的共同作用下,液流电池将成为未来发展的主流之一。


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液流电池的工作原理是将不断的电解液溶于一体,进而产生离子碰撞,实现化学能和电能的相互转换,进而实现电能的储存和释放。

同传统的电池不同的是,这种电池在放电的过程中,电极处并未发生相性变化,可以承受更大电流的释放和吸收。

前文Stor Tera所研发的新型液流电池相比,目前液流电池的最高循环次数可达到1万次以上,甚至部分可以达到2万次,普遍的寿命均在20年以上。


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其次,液流电池制作过程中,将电池的储能活性物质和点击分离,这样好处便是功率和容量设计各自独立,摆脱了传统电池如果要增加容量需要增加厚度的问题,可以说将电池结构做出了一个全面升级。


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同时这种设计的好处,将储蓄罐中的化学液体的性能也更加的稳定,不会自放电,安全性能大大提升,同时流动的电解液还可以把放电过程中所释放的热量带走,避免因温度过高而产生短路、爆炸等安全事故。

最后,从环保角度上看,和锂电池相比,液流电池可以实现可回收利用,而锂电池和铅蓄电池,它们没有经过正确的处理方式,随意的抛弃,可能带来环境污染的问题。


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目前国际上对于液流电池的研究也更为先进,其产品的种类也越来越丰富。根据不同的电解液可将液流电池分成全钒、锌铁、铁铬等20余种。

而全钒是目前应用最为广泛的液流电池。在经过十余年的发展,全钒液流电池已经有了一定实践经验,并且也在不断的改革升级,未来伴随着电力所需,其应用范围将会进一步的扩展。


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液流电池成为电池行业改革和发展的未来,由于其成本较低,绿色环保且安全性更高,应用场景广泛,受到不少企业的关注。

未来伴随着技术进一步成熟,商业化越来越成熟,液流电池的发展将会成为未来发展的主力,其应用的成熟度将会越来越高,液流电池的性能,也终将会得到完全的释放。


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