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这家公司突破了长时储能电池技术?

作者:优德88手机中文版新闻中心 来源:南方能源观察 发布时间:2021-08-14 浏览:
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eo实习记者 刘运红

编辑 姜黎 陈仪方

近日,美国一家初创公司Form Energy宣布其研发出了一种铁-空气电池,如果计划如期推进,该电池将在2025年投运,可持续提供100小时的电力,且价格低于20美元/千瓦时。这标志着Form Energy在长时储能电池领域取得了一项重大技术突破。虽然这种电池对电动汽车来说太重,但为可再生能源的发展解决了一个关键问题,即当太阳光照较弱或风速不足时,为电网提供廉价,持久的电力。这种既便宜又能长时间存储的电池,被誉为可再生能源技术领域的“圣杯”。

Form Energy还宣布,最近完成了一笔2亿美元的D轮融资,由钢铁制造巨头,全球主要铁矿石生产商之一的Arcelor Mittal领投。除此之外,该电池项目还获得了气候投资基金Breakthrough Energy Venture的支持,投资人包括微软公司的联合创始人Bill Gates和亚马逊的创始人Jeff Bezos。

铁生锈过程实现储能

铁-空气电池利用铁的氧化还原反应实现电池的充电和放电。其运作原理是放电时,电池暴露在空气中被氧气氧化,类似铁生锈的过程;充电时,利用电流将氧化铁还原成为金属铁。Form Energy利用铁生锈的过程储存电力,经过了多次实验和测试。2018年初,Form Energy的研发团队开始进行小规模测试,在半透明量杯的底部,用五金店的软管夹包裹小片金属进行充放电。测试方案包括硫铁,硫空气,硫锰和铁空气等不同的电池配置。研究发现,在这些配置中,铁空气的效果最为理想。

随着研究的进一步开展,Form Energy在技术上实现了新的突破。为了获得一种关键的电池材料——不渗水但能吸收氧气的阴极,Form Energy购买了亚马逊电池公司Nant Energy董事长Patrick Soon-Shiong的专利及其库存上千的阴极材料,放在公司大楼角落里的纸板箱内。

“把这个钉牢,我们就可以踩油门了。”Form Energy公司的创始人Jaramillo说。

2020年夏末,Form Energy研发了一种电池,高度一米多(约3.3英尺)。由于其尺寸和垃圾桶相似,取名为Slim Jim。2021年初,该公司研发了一个名为Big Jim的“1m×1m”全尺寸电池。如果工作按照预期推进,20个类似的电池将结合成一个电池组。成千上万的电池串在一起,将填满整个仓库,并能够储存几周的电能。虽然给这些电池系统充满电需要几天时间,但电池一次能够持续放电150个小时。到2023年,公司计划配置一种能够持续放电超过6天的1兆瓦电池。该公司表示,其正在和多家公用事业公司洽谈电池部署事宜。

低成本铁粒具备竞争优势

铁-空气电池的原型Big Jim,由18000个鹅卵石大小的灰色铁粒组成,这是一种储量丰富,无毒,不易燃的矿物质。在快速发展的电池领域,将低成本的铁粒作为原材料,成为Form Energy获得竞争优势的关键。

斯坦福大学气候/能源项目的总监Mark Jacobson说,“如果商业成本最终低到20美元/千瓦,这将是一个重大突破,既能够促进全世界范围内过渡到100%清洁,可再生电力,也能避免停电,成本还比之前更低。”

目前锂离子电池是电动汽车和电力系统储能的主力。分析人士称,电力系统,电动汽车使用的锂电池组中,镍,钴,锂和锰矿每千瓦时的存储成本在50到80美元之间。Form Energy公司认为,如果使用铁,每千瓦时的存储成本将不到6美元,如果把电池组打包成一个完整的电池系统,每千瓦时低于20美元。专家表示,如果能达到这种水平,可再生能源加上储能完全可以取代传统的化石燃料发电厂。

在全球控制碳排放的趋势下,拜登政府正在推动美国于2035年实现无碳电网,美国的一些州政府和电力企业也在同步推进。众所周知,风能,太阳能,地热能和核能与短时的锂离子电池相结合可以供应80%的电力,最后的20%则需要某种长时间的储能方式来补充。

能源部副参谋长Jeremiah Baumann指出,“我们已经知道80%的电力需要何种技术路径,并且已经在成本上具备竞争力。而对于最后的20%,我们有良好的技术意识,但问题的关键是哪一种技术能够削减成本并成功进入市场。”

众多初创公司竞相开发更先进,成本效益更高的储能技术,有的公司推进固态电池;还有的公司认为抽水蓄能或压缩空气可以被更广泛地应用;欧盟目前正在推动氢储能和发电。与此同时,另外一些公司则专注于研究碳捕获技术,让天然气和燃煤电厂实现零排放,减少对储能的需求。Form Energy将在这个日益拥挤的领域与其他公司展开竞争。

首个商业示范项目

Form Energy创立于2017年,是一家电力存储系统研发公司,由麻省理工学院教授,电池专家Yet-Ming Chiang和曾参与特斯拉储能项目的Meto Jaramillo共同创立,专注于研发一种使可再生能源可以实现全年稳定调度的低成本,长时储能系统。

Form Energy的首席执行官Meto Jaramillo曾经研究过最早的特斯拉汽车动力系统。他在特斯拉工作七年后,于2016年离职,开始为电力系统研发低成本电池。2012年,Yet-Ming Chiang在麻省理工大学任教期间,正在参与美国能源部的项目,开始研究长时储能电池。2017年,他与Jaramillo一起创立了Form Energy公司,并吸引了电池行业的其他资深技术人员。

2020年春季,Form Energy与明尼苏达第二大电力供应商Great River Energy达成合作协议,开发首个商业项目,采用安全,便宜,丰富的材料,为其提供1MW/150MWh的铁-空气电池储能系统,实现电力输送150小时不中断。该项目将于2023年开始运营,部署在燃煤发电厂的公用设施附近。如果项目完成,将基本实现零碳排放,同时成本远远低于煤电。

Great River主席兼首席执行官David Saggau认为,长效储能将成为未来极端天气状况下维持电网可靠性的必要手段。因此,他们选择了与Form Energy合作。在达成合作前,考虑到当地气候条件等多方面因素,双方就如何替代南达科他州1.15GW装机容量的Coal Creek Station燃煤电厂进行了长时间的讨论和研究。

Great River Energy是一家电力批发公司,和28个配电商合作,为70000个家庭,农场和公司提供电力服务。该公司的目标是利用长时储能系统,解决风力发电的间歇性和波动性问题。在风力资源不足时,也能保证电力的持续供应。Form Energy表示,将于2023年和Great River Energy合作开展铁空气交换电池的测试项目。

参考链接

https://www.wsj.com/articles/startup-claims-breakthrough-in-long-duration-batteries11626946330?st=h27ni55ws98wt44&reflink=desktopwebshare_twitter&mod=e2fb&fbclid=IwAR12irRqQCZ71maUq54OPJGHhtPWcRv66_5rVI6Y_up7D6fJDbJ88EXWqB0

https://www.utilitydive.com/news/form-energys-20kwh-100-hour-iron-air-battery-could-be-a-substantial-br/603877/

https://mp.weixin.qq.com/s/Dzqw52Lv6he-G0bPadLSzw

关键字:长时储能

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