4月30日，在《自然》雜志旗下的《自然-能源》上刊發(fā)的一篇學(xué)術(shù)文章，引起全球能源界巨大關(guān)注。來自斯坦福大學(xué)的一項最新研究成果為大規(guī)模儲能帶來新希望。該校材料系著名華裔教授崔屹實驗組發(fā)明的新型水電池——錳氫氣電池(Mn-H)——可循環(huán)使用超過1萬次!其低成本、長壽命、高能量密度的潛在性能將有望在大規(guī)模儲能領(lǐng)域帶來巨大變革。
 

一直鼓勵新能源發(fā)展技術(shù)研發(fā)的諾貝爾獎得主、前美國能源部部長、現(xiàn)斯坦福大學(xué)教授朱棣文(Steven Chu)對上述研究成果的進一步完善充滿期待。他表示，雖然精確的材料和設(shè)計仍需進一步研發(fā)，但這一原型展示了獲得廉價、耐用的大規(guī)模儲能電池的科學(xué)和工程新方法。

這個原型約3英寸高的新型錳氫氣電池目前僅可產(chǎn)生大約20毫瓦時(mWh)的電量，這與掛在鑰匙圈上的LED閃燈的能量水平差不多。盡管如此，實驗人員相信，這個原創(chuàng)技術(shù)在進一步完善之后將有望在不久的將來實現(xiàn)大規(guī)模儲能的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

 

 

Mn-H電池電化學(xué)性能

按照目前美國能源部的建議，可用于大規(guī)模儲能的電池需滿足以下幾個條件：在一小時內(nèi)可充放的能量不低于20千瓦，至少能夠支持5千次充放電，且使用壽命不短于10年。從實用角度來說，滿足上述條件的電池其價格還不應(yīng)高于2000美元，也就是存儲每千瓦時能量的價格應(yīng)低于100美元。

在大規(guī)模儲能領(lǐng)域，為了達到這一目標，科學(xué)家們發(fā)展出了不少可稱有效的電池體系，包括鋰離子電池、鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池、液態(tài)金屬電池等等。然而，這些電池不是能量密度偏低，循環(huán)壽命短，就是成本太高、工作條件苛刻，在實際應(yīng)用方面還有很長的路要走。
 

幾種電池體系的主要受限因素包括，在能量密度上，鉛酸電池只有30-50 Wh/kg，流體電池也<50 Wh/l；在循環(huán)壽命上，鉛酸電池<500次，鈉硫電池<1500次；在封裝成本上，鋰離子電池~250$/kWh，鉛酸電池~170$/kWh，流體電池~450$/kWh；在工作溫度上，鈉硫電池要求300-350 ℃，液態(tài)金屬電池要求>450 ℃。
 

而崔屹教授在三年前提出一個新構(gòu)想——將錳和氫分別用作正負極，以水做電解質(zhì)，在理論上應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模儲能在能量密度、使用壽命和價格等多方面的嚴格要求。在崔屹教授指導(dǎo)下，其在斯坦福大學(xué)的中國籍博士后研究員陳維對此進行了長達三年多的探索和實驗測試。陳維表示，對氫氣電池裝置和各項參數(shù)進行反復(fù)調(diào)試的實驗做了不下1000次后，他們終于得到了一個優(yōu)化的裝置和測試條件，從而獲得了優(yōu)異的電池性能。這款新研發(fā)的電池可以在反復(fù)充放電10000次后依然沒有明顯衰變，電池壽命在現(xiàn)有主要儲能方式的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了一個數(shù)量級的提升。
 

崔屹教授表示，技術(shù)還處于試驗階段，其課題組正在對實驗原型進行進一步的優(yōu)化，這些優(yōu)化主要集中在兩方面，一是提高電池的能量密度，二是降低電池的成本。比如，在早前實驗中使用鉑作催化劑，現(xiàn)在考慮找到更便宜的替代品。而在獲得優(yōu)化之后，課題組將繼續(xù)進行相關(guān)中試和大規(guī)模試驗。崔屹教授目前已經(jīng)取得相關(guān)專利，并已經(jīng)設(shè)立公司，籌備產(chǎn)業(yè)化。
 

在崔屹看來，全球大規(guī)模儲能市場規(guī)模高達萬億美元，一旦Mn-H電池能夠如預(yù)期實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，那么將使得清潔能源入網(wǎng)更為穩(wěn)定，并對社會經(jīng)濟發(fā)展帶來重要促進。大到清潔能源電廠、小到居民小區(qū)和家庭用電都可能從中受益。另一方面，Mn-H電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用也將可能使得電動汽車普及進一步逼近， Mn-H電池可以穩(wěn)定電網(wǎng)為實現(xiàn)這一目標提供了可能性。