澳大利亞初創公司研發新體系電池 或將超越液流電池？

Researchers at the Gelion Technologies Laboratory and Testing Facility in Sydney, Australia, working on the “gel-ion” (non-flow) zinc-bromine Gelion Endure battery    GELION TECHNOLOGIES

近日，澳大利亞初創公司研發了一項電池新技術，為固定式儲能提供了一種新的方法。

液流電池使用外部儲存在槽中的液體電解質，通過泵和管道在電池中循環。它們的容量與油箱的大小成比例，因此易于擴展。從理論上講，它們應該是一個很好的應用選擇，比如儲存可再生能源的剩余能量。但它們對機械部件和復雜設計的依賴帶來了缺點，包括高度專業化的維護需求，而液流電池的電解液可能昂貴、腐蝕或有毒。這抑制了液流電池的廣泛應用，盡管改進越來越多。

現在，澳大利亞悉尼的一家初創公司Gelion Technologies已經找到了一種方法，可以省去水泵和管道，并通過創建非流動鋅溴電池來消除傳統液流電池常見的其他缺點。GelIon創始人和新技術的發明家，悉尼大學的Thomas Maschmeyer教授，描述了它的工作原理。

“該電池不使用循環流體，而是使用一種專有的凝膠，因此公司名稱為gel plus ion。”這種凝膠能夠以可逆的方式對溴進行分子封裝，因此溴仍然可以用于電化學。為了解釋，他使用了Velcro的比喻。這種Velcro狀的凝膠粘附在溴上，但在需要的時候，它可以通過一點拉力將溴分離出來。“電池的拉力就是它的電勢，”他說。

同樣重要的是，凝膠可確保重溴在整個電池中均勻分布，減少分層，并減少可能導致短路的不良鍍鋅層（稱為樹枝晶）的形成。反過來，更少的樹枝晶減少了析氣和pH值漂移（電解液中酸堿度的不必要變化）。

通過保持凝膠內的所有東西都是均勻的，它基本上解決了流動帶來的所有問題，這樣問題就不會真正出現。”Maschmeyer表示，“或者，如果問題出現了，它們可以用現有的電池技術范式來解決。這是超級安全的電池。”

與液流電池相比，該技術的缺點是，液流電池的每個組件都可以維修或更換，而凝膠電池如果故障，必須完全更換為新電池。

還有一個普遍的缺點是它比鋰離子電池更重、更大。另一方面，鋰離子對溫度和電荷狀態敏感。“相比之下，溴化鋅更加堅固，”Maschmeyer表示，“從-15攝氏度到50攝氏度都沒有問題。零電荷狀態也沒問題，因此我們服務的市場與鋰離子市場完全不同。”

然而，Gelion的創造力可能會讓一些潛在客戶猶豫不決。“能源行業非常保守，”德國弗勞恩霍夫化學技術研究所氧化還原流電池組的Jens Noack說，“新技術通常很難進入。但是，如果價格非常合適，它們可以被接受。”他補充說，非流動技術可能“投資成本較低，但能源吞吐量較低。因此，我們必須看到整體問題所在。”

就應用而言，由于充電速率最快點為4小時，放電速率在2至36小時之間，Gelion Endure不適用于電動汽車或穩定電網電壓所需的快速高功率爆發。“我們擅長的是能量轉移，”Maschmeyer說，“我們的目標是鞏固可再生能源，使太陽能和風能成為基本負荷發電。”他舉了運行太陽能電解槽生產綠色氫氣的例子。

“需要廉價的儲存來彌補可再生能源波動造成的缺口，”Noack說，他也是新南威爾士大學悉尼分校的兼職副教授。“由于材料成本低，鋅溴技術可以做得很好。”為了使這項技術商業化，該公司準備在倫敦證券交易所上市，籌集1600萬英鎊（2200萬美元）。在兩家合作伙伴（總部位于悉尼的Battery Energy Power Solutions公司）和印度的第二家大型合作伙伴的幫助下，Gelion Endure電池將于明年投入試生產。最初，預計電池的可用能量密度至少為47 Wh/L，比能量至少為37 Wh/kg。該公司還預測，隨著進一步優化，這些指標可能會翻一番。

為了在生產中實現快速提升，Maschmeyer提出了采用密封鉛酸電池的想法，這種電池已經存在了30多年 —— “這意味著我們能夠在鉛酸封裝的優勢中擁有溴化鋅的化學優勢。” Maschmeyer指出，這一決定的一個主要好處是，Gelion可以利用現有的鉛酸電池生產線，以相對較低的成本將其轉換為溴化鋅生產線。Gelion還能夠利用工廠的材料處理、生產操作以及電池的儲存和運輸方式等。

他說，他們在印度的合作伙伴預計，通過大約1600萬美元的資本支出投資，Gelion能將現有的每年千兆瓦時的鉛酸生產能力轉變為同等的溴化鋅生產能力。相比之下，新建一座每年耗資1.35億美元的百萬千瓦時鋰離子發電廠的成本是相當高的。

至于Gelion的前景，Noack表示，在固定存儲領域有許多采用不同技術的競爭對手。與此同時，對存儲的需求正呈指數級增長。“沒有一種技術能夠滿足所有需求。我認為，如果[Gelion]技術能夠實現低壽命成本，并考慮到其安全性和環境友好性，那么它將能夠占據市場份額。”

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