为风和太阳能储存构建更好的电池，能源领域将击败您的门口

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尽管风能和太阳能有许多优点，但它们有一个主要缺陷:在某个时刻，即使是在地球上风力最大、阳光最充足的地区，风也会停止吹动，产生能量的太阳光线也会消失在地平线上。因此，当世界通过减少对煤炭、天然气和石油的依赖，并增加对这些可变可再生能源的使用来实现能源供应脱碳时，有一项技术正在经历复兴:固定电池。

在坚果壳中，固定电池是使用材料之间的化学相互作用来储存在设定位置的电力以供以后使用。这些电池可以实现储存所产生的电力当太阳能和风能处于峰值时，当电力需求达到峰值时，比如当人们下班回家，打开电灯、空调或暖气、电视和厨房电器时，就可以将太阳能和风能提供给电网。

电池类别最现代化的电子用户和电动车主熟悉是锂离子，或锂离子电池。Li-ion batteries also predominate in the stationary battery market, mainly because they’ve been around longer and have had more time to mature as a technology, according to Jessica Trancik, associate professor of energy studies at the Massachusetts Institute of Technology (MIT) and the Institute for Data, Systems and Society.

由于激励措施增加了更大的电力存储和更好的电池存储技术的商业案例变得明显，因此发生了很大的创新。

但仅仅因为锂离子电池通常用于消费电子产品和电动汽车，这并不一定意味着它们是最佳选择将电力存储在可再生能源依赖网格中．今天的锂离子电池有风险，成本和局限性。虽然它们可能是电池市场上的街区，但他们很快就会面临来自各种替代方案和旨在匹配或击败其效率的修正案的激烈竞争，更大的安全和必威体育2018．由于激励措施增加了更大的电力存储和更好的电池存储技术的商业案例变得明显，因此发生了很大的创新。

锂离子101

锂离子电池由石墨电极和浸在液体中的锂基电极(通常是锂钴)组成。当电池使用时，带电的锂原子(离子)通过液体从石墨电极流向锂基电极，带电粒子的流动产生电能。当电池重新充电时，电流反向流动，将锂离子送回石墨阳极，在那里它们被储存以备放电。

李离子于1991年在索尼摄像机中首次商业出现。使用以来已扩展到大型的小型和大型电子设备，电动汽车，军用和航空航天应用以及大型能量存储，如100兆瓦锂离子Tesla电池，以支持南澳大利亚能源网在2017年。

“就它产生的电压而言，锂真正是一个冠军，”珍妮·普雷林斯说，材料工程师和墨尔本迪肯大学前沿材料研究所高级研究员。锂非常擅长驱动强劲的电子流，因此在发电方面非常高效，因此是迄今为止性价比最高的电池材料。

然而，锂离子电池也有其缺口。它们含有有毒，挥发性和易燃的液体，这些液体已经赢得了令人惊叹的爆裂或爆炸。锂是一个有限的资源。对此所谓的“白石油”的需求近年来飙升一个预测预计需求将从2019年的每年30万吨增加到2025年的每年至少110万吨其他建议电池生产将在2025年之前消耗70％的全球锂供应。

这提出了可以使用更便宜和更丰富的元素而不是锂的问题。

近年来，对锂矿供应的担忧导致价格飙升，但随着锂矿数量将翻倍，没有人谈论的东西耗尽了东西．然而，人们越来越担心在西藏和玻利维亚等地开采锂的环境成本人们正在利用稀缺的水资源来开采这种矿物来自庞大的盐舱，有举报当地的藏水源被污染患有毒品毒品的毒品。

不仅如此，钴——许多锂离子电池的另一种基本元素——也是一种冲突矿物。世界上至少一半的稀土是在刚果民主共和国开采的，那里的一些工人——包括儿童——面临着可怕和危险的条件。

固体状态

Pringle说，降低锂离子电池火灾风险的一个选择是使用离子液体——不易燃的低熔点熔融盐——作为液体成分。一个更吸引人的想法是使用固体，这就避免了挥发性和可燃液体的问题。但也有权衡的问题，带电原子在固体中移动不像在液体中那样自由和容易，因此产生的电更少。

在固态固定电池领域，一些早期的竞争者包括用富含锂的陶瓷来替代目前使用的液体电池。但这并不能避免锂的其他问题，如其有限的可用性和与采矿相关的司法问题。

这提出了可以使用更便宜和更丰富的元素而不是锂的问题。特别有兴趣的硅，钠，铝和钾等元素。但是，这些金属的电化学潜力低于锂，因此Pringle说，电池的能量密度可能会降低。

电池储能

钠硫电池的电极是熔融的钠和熔融的硫，电解液是固体的，由于它们在发电方面效率高，而且寿命长，已经成为研究大规模电网储能的一个有前途的途径。其中一个挑战是，这些电池需要在非常高的温度下工作。但包括麻省理工学院和澳大利亚卧龙岗大学在内的研究人员正在研究钠硫选项在室温下运行的可能性。

这确实还处于早期阶段，特别是对于固定能量存储，但这是一个非常重要的领域，我认为人们开始意识到这一点。

液流电池

在大规模固定储存风和太阳能储存的Frontrunner中是流动电池，其包括饲料到电化学电池的两个液体。流动和传统电池之间的主要区别在于流电池在液体中储存电极而不是在电极中。它们比锂离子更稳定，它们具有更长的寿命，液体易燃。不仅如此，只需通过简单地为液体构建更大的罐来缩放流电池。

一种流动电池，钒流电池，已经在商业上获得。网格级50兆瓦钒流量电池是计划的对于奥古斯塔港南澳大利亚镇的能量储存，中国正在建设世界上最大的钒流量电池预计将于2020年上线。有两个主要的缺点:液体可能很贵，所以电池的前期成本更高;流电池的效率不如锂离子电池。

大量的创新

Trancik说，在这个空间中发生了大量的其他发展，使其成为电池研发的激动人心的时刻。

例如，墨尔本慈离大学的研究人员正在开发质子电池通过将水转化为氧气和氢气，然后使用氢气为燃料电池供电。世界各地的其他几个研究团队正在使用如诸如的材料探索完全锂离子电池石墨和电极的钾和铝盐液体带有带电的离子。中国的研究人员正在看改善现有技术镍锌电池是一种性价比高、安全、无毒、环保的电池，但使用寿命不如锂电池长。甚至与工作有关saltwater-based电池其中一种设计已经被用于住宅太阳能存储。

“现在我们看到了更多的激励，我们看到锂离子电池的成本下降，我们看到静止的能量存储市场受益于电动汽车的增长，”Trancik说。“这绝对是早期的阶段，特别是对于静止能量存储，但这是一个非常重要的领域，我认为人们开始意识到这一点。”