澳大利亚初创公司研发新体系电池 或将超越液流电池？

Researchers at the Gelion Technologies Laboratory and Testing Facility in Sydney, Australia, working on the “gel-ion” (non-flow) zinc-bromine Gelion Endure battery    GELION TECHNOLOGIES

近日，澳大利亚初创公司研发了一项电池新技术，为固定式储能提供了一种新的方法。

液流电池使用外部储存在槽中的液体电解质，通过泵和管道在电池中循环。它们的容量与油箱的大小成比例，因此易于扩展。从理论上讲，它们应该是一个很好的应用选择，比如储存可再生能源的剩余能量。但它们对机械部件和复杂设计的依赖带来了缺点，包括高度专业化的维护需求，而液流电池的电解液可能昂贵、腐蚀或有毒。这抑制了液流电池的广泛应用，尽管改进越来越多。

现在，澳大利亚悉尼的一家初创公司Gelion Technologies已经找到了一种方法，可以省去水泵和管道，并通过创建非流动锌溴电池来消除传统液流电池常见的其他缺点。GelIon创始人和新技术的发明家，悉尼大学的Thomas Maschmeyer教授，描述了它的工作原理。

“该电池不使用循环流体，而是使用一种专有的凝胶，因此公司名称为gel plus ion。”这种凝胶能够以可逆的方式对溴进行分子封装，因此溴仍然可以用于电化学。为了解释，他使用了Velcro的比喻。这种Velcro状的凝胶粘附在溴上，但在需要的时候，它可以通过一点拉力将溴分离出来。“电池的拉力就是它的电势，”他说。

同样重要的是，凝胶可确保重溴在整个电池中均匀分布，减少分层，并减少可能导致短路的不良镀锌层（称为树枝晶）的形成。反过来，更少的树枝晶减少了析气和pH值漂移（电解液中酸碱度的不必要变化）。

通过保持凝胶内的所有东西都是均匀的，它基本上解决了流动带来的所有问题，这样问题就不会真正出现。”Maschmeyer表示，“或者，如果问题出现了，它们可以用现有的电池技术范式来解决。这是超级安全的电池。”

与液流电池相比，该技术的缺点是，液流电池的每个组件都可以维修或更换，而凝胶电池如果故障，必须完全更换为新电池。

还有一个普遍的缺点是它比锂离子电池更重、更大。另一方面，锂离子对温度和电荷状态敏感。“相比之下，溴化锌更加坚固，”Maschmeyer表示，“从-15摄氏度到50摄氏度都没有问题。零电荷状态也没问题，因此我们服务的市场与锂离子市场完全不同。”

然而，Gelion的创造力可能会让一些潜在客户犹豫不决。“能源行业非常保守，”德国弗劳恩霍夫化学技术研究所氧化还原流电池组的Jens Noack说，“新技术通常很难进入。但是，如果价格非常合适，它们可以被接受。”他补充说，非流动技术可能“投资成本较低，但能源吞吐量较低。因此，我们必须看到整体问题所在。”

就应用而言，由于充电速率最快点为4小时，放电速率在2至36小时之间，Gelion Endure不适用于电动汽车或稳定电网电压所需的快速高功率爆发。“我们擅长的是能量转移，”Maschmeyer说，“我们的目标是巩固可再生能源，使太阳能和风能成为基本负荷发电。”他举了运行太阳能电解槽生产绿色氢气的例子。

“需要廉价的储存来弥补可再生能源波动造成的缺口，”Noack说，他也是新南威尔士大学悉尼分校的兼职副教授。“由于材料成本低，锌溴技术可以做得很好。”为了使这项技术商业化，该公司准备在伦敦证券交易所上市，筹集1600万英镑（2200万美元）。在两家合作伙伴（总部位于悉尼的Battery Energy Power Solutions公司）和印度的第二家大型合作伙伴的帮助下，Gelion Endure电池将于明年投入试生产。最初，预计电池的可用能量密度至少为47 Wh/L，比能量至少为37 Wh/kg。该公司还预测，随着进一步优化，这些指标可能会翻一番。

为了在生产中实现快速提升，Maschmeyer提出了采用密封铅酸电池的想法，这种电池已经存在了30多年 —— “这意味着我们能够在铅酸封装的优势中拥有溴化锌的化学优势。” Maschmeyer指出，这一决定的一个主要好处是，Gelion可以利用现有的铅酸电池生产线，以相对较低的成本将其转换为溴化锌生产线。Gelion还能够利用工厂的材料处理、生产操作以及电池的储存和运输方式等。

他说，他们在印度的合作伙伴预计，通过大约1600万美元的资本支出投资，Gelion能将现有的每年千兆瓦时的铅酸生产能力转变为同等的溴化锌生产能力。相比之下，新建一座每年耗资1.35亿美元的百万千瓦时锂离子发电厂的成本是相当高的。

至于Gelion的前景，Noack表示，在固定存储领域有许多采用不同技术的竞争对手。与此同时，对存储的需求正呈指数级增长。“没有一种技术能够满足所有需求。我认为，如果[Gelion]技术能够实现低寿命成本，并考虑到其安全性和环境友好性，那么它将能够占据市场份额。”

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