电池技术不断革新将有力实现“电网级存储”

电能存储是现代工业的重要技术之一。假如没有电池，那么现代生活将寸步难行。但是，很多工程师都对现今的电池技术表示不满，他们认为电能存储技术仍有改进空间。工程师们希望以合理的价格生产高效的电池，淘汰内燃机，进入以风能、太阳能等清洁燃料为核心的时代。这将是未来能源发展的一场革命。

位于美国芝加哥的莱蒙特阿尔贡国家实验室内，由工业化学家克利丝·普派克带领的研究团队正在进行大量实验，以寻找出一种可以作为电池革新的高技术材料，并确定这种材料可以通过低廉的方法获取，且具有所需物质特性，从而进行批量生产。

普派克博士及其研究团队成立了能源储存研究联合中心（JCESR），该中心聚集了美国国家实验室和各大学在能源研究方面的精英，以及对此感兴趣的能源公司。该中心获得了美国能源部高达1.2亿美元的资助。他们的目标是在5年内，使电池蓄电量上升4倍，价格降到当前的1/5。

从改进锂离子电池开始

无论是用于汽车的巨型铅酸电池，还是为电子读写器、手表等供能的袖珍圆型锂离子电池，大多都具有3大构成部分：正电极、负电极和介质（又称电解液）。电解液使正离子在正负电极间移动，并用途于形成电池的有用电流负离子流，使之与正离子达到平衡。而所谓创造新型电池的技术，便是在这3部分材料上着手，使其性能更优化、成本更廉价。

在日常生活中，锂离子电池的用途十分广泛，它们为马路上行驶的多数电动汽车及混合动力系统汽车供能，这使其在业内拥有不可忽视的地位；而锂离子电池最大的缺陷是容易过热且制作工艺良莠不齐。最近发生的波音新型787梦幻客机电路板两次起火事件，据悉便是由这种锂离子电池或其控制系统所引起的。

JCESR的新任负责人乔治·克拉布特里认为，人类对锂离子电池性能的发掘基本已趋于极限，因此，替换锂离子电池已是大势所趋。但其助手吉夫·张伯伦对现行技术仍保持信心。他说，有关特定重量的锂离子电池，仍有可能将其储能提高一倍，而成本降低30%至40%。

商业咨询公司麦肯锡估测，锂离子电池的竞争力可保持到2020年，但欲保持这种竞争力，仍需大量投入，各类可与锂离子电池相媲美的电池已纷纷面世。

其中的代表就是锂空气电池，金属锂在阳极被氧化，形成氧化锂，然后停留在阴极，其原理是使用空气中的氧气作为电解液。因此，该电池重量较轻，同时理论上将拥有巨大的能量密度。这一点十分重要。供能少是电动汽车的一大缺陷。例如，1公斤汽油的能量是同等重量电池可存储的6倍。因此，若降低该比率，电动汽车便能赢得更多人的青睐。

但锂空气电池同样存在弊病充电困难，并极不稳定，其中可生成能量的化学反应存在发生自燃的危险。所以要非常严格的安全系统以防止其着火。

但是，多价离子电池可作为备选之一。通常一个锂原子仅有一个电子可用于化学反应，相比之下，镁原子有2个价电子；而铝原子则有3个。从理论上讲，这意味着与锂离子电池相比，镁或铝电池有可能蕴含2或3倍的能量，其附加的价电子使其能存储更多的能量。在替代汽油时，镁、铝电池更廉价，更安全。然而，镁铝离子在电解液中较难移动，这也是如今需寻找新型材料的原因。

如何实现电网级存储

电池革新的另一个目的是实现电网级存储，如可以通过十分廉价的方式实现电网级存储，那么从经济学角度而言，这将是对风能及太阳能的一次革命。能源存储一直是清洁能源发展的重要问题。JCESR的研究人员正在进行液流电池的研究。

在传统电池内，电解液用于在正负电极间传输离子。电池充电所获取的能量转化为正负极中的化学势能进行存储。而在液流电池中，电荷存储在电解液中，发生电化学反应时，存储于电极槽中的电解液将流经整个电池，然后到达反应发生的位置。

与以单节为单位的普通电池不同，液流电池能够被制作成规模庞大的电池单元，因此储能量极为可观。所以有人提议，使用液流电池收集由风能及太阳能出现的额外电量并加以存储，以供日后使用。

但是，液流电池使用水基电解液，而水本身又易于被电解液分解，这限制了液流电池的发展潜力。也许，使用有机电解液替代水基电解液能够打破这一限制。