液態金屬電池怎么樣?
液態金屬電池由薩多維在2009年發明提出的理論,有望實現大規模且廉價的電力存儲。液態金屬電池由三層液態物質從下而上組成:底層是液態銻,上層是液態鎂,中間由熔鹽電解液分割。
鎂失去兩個電子變成鎂離子,鎂離子渡過電解液,從銻分子中獲得兩個電子,形成鎂銻合金,這是放電的過程。與電源相連后,鎂銻合金分解,鎂離子“游”回上部電極,還原到初始成分。
薩多維還持續在元素周期表上檢索更廉價、表現更好的電池配方。“設計總是從元素周期表開始的。”這是門捷列夫的名言。不久前,研究團隊發現鈣這種廉價的金屬材料有望應用到液態金屬電池,能提高電池電量輸出的潛力。
薩多維介紹道,目前液態金屬電池的壽命很長,損耗率低,即使每天進行一次充放電操作,持續10年后仍能保有初始容量的99%。
薩多維甚至認為,液態金屬電池可能是“永生”的。液態金屬電池結構遠較鋰電池簡單,三層液態材料密封在堅固外殼中。即使外殼逐漸腐蝕,里面的液態材料可以被非常便捷地提取出來,重新利用。從這個角度而言,液態金屬電池可能重新定義了電池回收。事實上,薩多維本人對“回收”有著獨特的思考。
電動車電池的回收一直是外界關注的焦點。但薩多維卻認為,人們大多時候對“回收”過于狂熱,凡事都想要回收,也是一種誤區。“回收”的本質是性價比,絕不能為了回收而回收。
以鋁為例。雖然可樂罐的鋁包裝很容易回收,但沒人會用回收的鋁造飛機。“我們回收鋁難道是因為鋁不夠用了嗎?鋁是地殼中第三豐富的元素!只是飛機對鋁的純度要求很高,去除回收鋁中的雜質,成本就比買新的鋁高了。我們要從經濟效益的角度看問題。”他說。
對于鋰電池的回收,薩多維也并不看好。理論上,鋰電池中的成分可以回收,但其結構過于復雜,回收成本過高。因此,與其糾結“如何回收鋰電池”這個問題,倒不如開發結構更簡單、更易回收的電池。
液態金屬電池商業化進程中要克服哪些問題?薩多維團隊最先造出的是容量只有1瓦時的元胞液態金屬電池,他們稱之為“小酒杯”。而商業化的液態金屬電池產品,設計儲電量1000千瓦時,功率350千瓦,體積18立方米,總重量15噸,支持1000伏直流電。
由于生產工藝流程中可能會出現一些問題,薩多維需要把可靠性提高到6西格瑪,也即一百萬個部件里容錯一個缺陷,遠超實驗室標準的千分之一。
目前,液態金屬電池已穩定安全地測試運行了4年,即使遭遇火災也安然無恙。但薩多維希望它的壽命能達到二三十年。
薩多維介紹了兩家有意向的客戶,都是電網上的“孤島”:夏威夷和曼哈頓。由于夏威夷島上沒有可供發電的自然資源,長期進口柴油燃燒,曾是全美電費最貴的地方。如今夏威夷正在大力發展太陽能發電,儲能問題亟待解決。
曼哈頓島上則有大量金融機構和數據機構的服務器,耗電量巨大,但電力均由紐約主城區輸配過來。如果要在用電高峰滿足曼哈頓島的電力需求,電網可能過熱崩潰。目前的一個替代方案是在哈德遜河底新修一條輸配電通道,但成本高昂。液態金屬電池,或許可以提供可行的儲能方案,有效調節用電峰谷。