中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：美國(guó)能源部先進(jìn)能源研究計(jì)劃署(Advanced Research Projects Agency-Energy，ARPA-E)日前舉行七周年慶典，對(duì)所資助的能源研發(fā)項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)成功實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室走向商業(yè)化的項(xiàng)目進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。
ARPA-E創(chuàng)立于2007年，2009年首次獲得4億美元的政府示范資金支持用于資助能源領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)的創(chuàng)新和孵化項(xiàng)目，為社會(huì)資本在風(fēng)險(xiǎn)投資過(guò)程中不愿意觸及的技術(shù)研發(fā)環(huán)節(jié)提供資金支持。ARPA-E所支持的項(xiàng)目通常由企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)共同承擔(dān)。從2009年起，ARPA-E已經(jīng)為超過(guò)475個(gè)項(xiàng)目提供了13億美元的資金支持。其中的45個(gè)項(xiàng)目在后續(xù)商業(yè)化過(guò)程中累計(jì)獲得了12.5億美元的融資。
與電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能直接相關(guān)的ARPA-E支持計(jì)劃包括Grid-Scale Rampable Intermittent Dispatchable Storage(GRIDS)和Batteriesfor Electrical Energy Storagein Transportation(BEEST)。ARPA-E主要支持以低成本和長(zhǎng)壽命為目標(biāo)的儲(chǔ)能系統(tǒng)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，力爭(zhēng)通過(guò)采用新型技術(shù)將Pack級(jí)電池系統(tǒng)安裝成本降低至$100/kWh。從2010年起ARPA-E累計(jì)支持的電池儲(chǔ)能項(xiàng)目達(dá)到75個(gè)，預(yù)計(jì)未來(lái)5-10年將會(huì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)移。
在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室走向商業(yè)化的眾多技術(shù)孵化項(xiàng)目中，ARPA-E重點(diǎn)對(duì)以下8個(gè)儲(chǔ)能技術(shù)項(xiàng)目進(jìn)行了推介：
1、大容量低成本鋅空氣二次電池
該技術(shù)由亞利桑那州立大學(xué)和FluidicEnergy公司共同開(kāi)發(fā)。采用納米鋅負(fù)極材料、碳納米顆粒正極材料和離子液體電解液構(gòu)建起電池體系，成功地將鋅空氣電池由傳統(tǒng)的一次電池升級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎每赡娉浞烹姷亩坞姵叵到y(tǒng)。該電池產(chǎn)品定位于kW級(jí)應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)4-72小時(shí)的電力儲(chǔ)存，未來(lái)將以傳統(tǒng)備用電源市場(chǎng)為目標(biāo)，替代柴油發(fā)電機(jī)或鉛酸電池。
2015年9月，F(xiàn)luidic公司獲得1.5億美元融資用以推動(dòng)該技術(shù)的商業(yè)化，并在發(fā)展中國(guó)家的通信基站備用電源領(lǐng)域建立了首個(gè)市場(chǎng)，未來(lái)還將擴(kuò)展應(yīng)用到偏遠(yuǎn)地區(qū)微電網(wǎng)領(lǐng)域。截止2016年1月，F(xiàn)luidicEnergy已經(jīng)在東南亞和拉美地區(qū)安裝了超過(guò)50000臺(tái)鋅空氣電池。
2、低成本、固定式儲(chǔ)能用鋅-二氧化錳二次電池
該技術(shù)由紐約市立大學(xué)能源研究所(CUNY)和UrbanElectricPower(UEP)公司共同開(kāi)發(fā)。采用新型二氧化錳正極材料和鋅負(fù)極材料，并且通過(guò)復(fù)雜的電池管理策略對(duì)放電深度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了超過(guò)1500次的超長(zhǎng)循環(huán)壽命。由此使得鋅錳電池體系不再僅僅局限于消費(fèi)電子領(lǐng)域，未來(lái)也可以拓展應(yīng)用到電網(wǎng)固定式儲(chǔ)能領(lǐng)域。
UEP公司獲得CUNY的技術(shù)授權(quán)，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出兩款電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能產(chǎn)品，包括針對(duì)發(fā)展中國(guó)家戶(hù)用和商用市場(chǎng)的2-50kW備用電源產(chǎn)品和針對(duì)電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能應(yīng)用、功率大于100kW的固定式儲(chǔ)能系統(tǒng)。按照UEP的商業(yè)計(jì)劃，未來(lái)隨著電池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，電池成本將降低到$125/kWh以下。
3、適用于電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能的小分子有機(jī)液流電池體系
該技術(shù)由哈佛大學(xué)和SustainableInnovations公司共同開(kāi)發(fā)。采用堿性水系電解液體系，以醌類(lèi)小分子有機(jī)物為電解質(zhì)，與傳統(tǒng)全釩液流電池相比，實(shí)現(xiàn)了低成本、無(wú)毒和無(wú)腐蝕性。在電池制造方面，研究團(tuán)隊(duì)也是要塑料和非金屬材料制作電池組件，以盡可能地提高電池的安全性和抗腐蝕性。目前SustainableInnovations公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出3kW液流電池系統(tǒng)，并正在積極融資以完成商業(yè)化。
4、新型低成本高能量密度半固態(tài)結(jié)構(gòu)電池體系
該技術(shù)由MIT和24M公司共同開(kāi)發(fā)。采用傳統(tǒng)鋰離子電池的磷酸鐵鋰正極材料和石墨負(fù)極材料，以懸浮漿液形式開(kāi)發(fā)了厚電極半固態(tài)電池技術(shù)。與傳統(tǒng)鋰離子電池卷繞式、層疊式結(jié)構(gòu)相比，厚電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)極大地簡(jiǎn)化了電池制造工藝、降低了電池的生產(chǎn)成本。
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24M公司利用該項(xiàng)技術(shù)制造出17Wh電芯樣品，在C/4倍率下充放電壽命可以達(dá)到1000周，循環(huán)效率85%。24M公司已經(jīng)將該技術(shù)定位于車(chē)用和固定式儲(chǔ)能領(lǐng)域，正在以電池包成本$100/kWh、循環(huán)壽命不少于5000周為目標(biāo)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，預(yù)計(jì)將于2018年實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。
5、新型全鐵離子混合液流電池
該技術(shù)由ESSTech開(kāi)發(fā)。以降低液流電池成本為出發(fā)點(diǎn)，采用FeCl2電解液和高功率電池設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)全鐵液流電池體系相比，功率密度可以提升4倍，成本也只有全釩液流電池的1/10。目前EESTech公司開(kāi)發(fā)的單電池循環(huán)壽命超過(guò)2500周，10kW/75kWh的電池產(chǎn)品AC循環(huán)效率可以達(dá)到70%。
ESS首先針對(duì)用戶(hù)側(cè)可再生能源平滑和負(fù)荷管理推出規(guī)模小于100kW的系統(tǒng)，首批客戶(hù)包括美國(guó)空軍工程部、StoneEdge農(nóng)場(chǎng)、Napa釀酒廠等。2016年上半年ESS的訂單規(guī)模接近100萬(wàn)美元。2015年10月，公司已經(jīng)完成了320萬(wàn)美元的A輪融資，將致力于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、推動(dòng)系統(tǒng)成本快速降低。
6、新型鋅溴液流電池體系
該技術(shù)由PrimusPower公司開(kāi)發(fā)。采用新結(jié)構(gòu)的金屬基底材料和混合金屬催化劑替代傳統(tǒng)的碳電極材料，使得新型鋅溴電池電堆功率提高5倍，循環(huán)壽命延長(zhǎng)8倍，具備了與鉛蓄電池和鋰離子電池接近的性能。目前PrimusPower公司已經(jīng)推出25kW/125kWh系統(tǒng)，目前正在通過(guò)開(kāi)展示范項(xiàng)目獲得市場(chǎng)認(rèn)可。
目前PrimusPower已經(jīng)獲得6000萬(wàn)美元融資。2015年9月該系統(tǒng)獲得亞洲一家公用事業(yè)公司1250套訂單，2016年初還收到哈薩克斯坦一個(gè)光伏電站的25MW儲(chǔ)能訂單。
7、高功率液流電池體系
該技術(shù)由聯(lián)合技術(shù)研發(fā)中心(URTC)和3M公司共同開(kāi)發(fā)。采用新型電池工藝，使用全釩體系開(kāi)發(fā)出20kW高功率液流電池系統(tǒng)，目標(biāo)循環(huán)7500周、成本降低一半，未來(lái)也可以擴(kuò)展至其他電解液體系。
UTRC已將技術(shù)轉(zhuǎn)讓給VionxEnergy公司，后者開(kāi)發(fā)出65kW/400kWh系統(tǒng)。VionxEnergy首套系統(tǒng)應(yīng)用于美軍FortDevens基地。VionxEnergy公司將產(chǎn)品首先定位于微網(wǎng)應(yīng)用，未來(lái)將推廣到大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域。
8、低成本、長(zhǎng)壽命有機(jī)液流電池體系
該技術(shù)由AlveoEnergy開(kāi)發(fā)?；谄蒸斒克{(lán)分子電對(duì)開(kāi)發(fā)開(kāi)放骨架的正負(fù)極材料，構(gòu)建低成本高性能電池，目標(biāo)循環(huán)壽命超過(guò)10000周，具備20C的倍率性能，日歷壽命超過(guò)10年。目前AlveoEnergy已經(jīng)開(kāi)發(fā)出2Ah電池樣品，正在進(jìn)行商業(yè)化開(kāi)發(fā)，未來(lái)將定位于備用電源和可再生能源儲(chǔ)能領(lǐng)域進(jìn)行推廣應(yīng)用。
