聚能圣-能源展望：能源未来之“储能”篇

努力提升我们的发电和电网进入21世纪是一个多管齐下的努力。它需要新一代低碳能源的组合，包括水电、可再生能源和核能，不需要花费巨资就能捕获碳的方法，以及让电网智能化的方法。

但电池和存储技术已经很难跟上。在一个使用太阳能和风能等间歇性能源的碳排放受限的世界里，它们对任何成功都至关重要，也对人们在面对自然灾害和恶意破坏企图时的恢复能力感到担忧。

近日，美国能源部(Department of Energy)决定斥资数百万美元在太平洋西北国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory)建设一座电网研究中心，进一步说明了这一点。更好的是，更大的电池是这项研究的主要组成部分。

PNNL能源与环境副实验室主任Jud Virden指出，将目前的锂离子电池发展到目前的技术水平需要40年的时间。

我们没有40年的时间达到下一个水平。我们需要在10年内完成。

它不像我们一直闲置。我们只是还没有非常成功。电池技术确实在不断进步。最近，锂离子电池的发明者杰克·古德诺(Jack Goodenough)提出了一种新的快速充电电池技术，使用玻璃电极代替液体电极，钠电极代替锂电极，其能量密度可能是锂离子电池的三倍。

除了电池，我们还有其他储存间歇能量的技术，比如热能储存，它可以在夜间产生冷却，并在第二天用电高峰时储存起来。

目前，使用最广泛的蓄水方法是抽水蓄能，它利用剩余的电力将水抽到大坝后面的水库。后来，当对能源的需求很高时，储存的水通过大坝里的涡轮机来发电。

目前99%的电网存储都使用抽水蓄能，但抽水蓄能的部署受到地质和环境方面的限制。

我们甚至看着其他解能量存储系统,如先进的铁路能源储存,使用剩余的风能和太阳能移动数百万英镑的岩石艰苦的特殊电动轨道车,回滚下山坡,把这个重力势能转换成电能,出去到电网上。

但我们确实需要公用事业规模的化学电池存储，以应对发电(可再生能源)和需求的快速间歇性(商业活动中使用的快速变化)。这些需要非常大，但非常稳定和持久。

锂离子电池是我们现在所知道的。它们可以把大量的能量储存在一个小而轻的电池里，使之成为笔记本电脑和手机等小型电子产品的首选电池。

但锂离子电池的使用寿命太短，并且存在快速发热等问题。在不久的将来，它们将主导个人设备和电动汽车等小容量利基市场，但对于公用事业规模的商用电池市场，我们需要更大、寿命更长的系统。

最新出现的技术是钒氧化还原电池，也称为钒流电池。而最好的电池似乎来自瓦特焦耳，尤其是因为它们的成本比其他v流电池低得多。

v型流电池完全封装，不易燃，紧凑，半无限循环可重复使用，释放100%的储存能量，不降解超过20年。地壳中的钒比锂多很多，我们每年生产的钒是锂的两倍。

大多数电池使用两种化学物质来改变原子价(或电荷或氧化还原状态)，以响应将化学能转化为电能的电子流，反之亦然。v流电池利用钒的多种价态在含钒盐的水性电解质中存储和释放电荷。

V可以在溶液中以不同电荷的离子形式存在，V(2+，3+，4+，5+)，每个离子在原子核周围有不同数量的电子(见图)。电子越少，正电荷越高。能量通过提供形成V(2+，3+)的电子来储存，而能量通过失去电子来释放，形成V(4+，5+)。

流动电池由两罐液体组成，在需要的时候就可以放在那里。当这两种溶液被泵入化学反应器时，它们会在薄膜附近流动，并在充放电过程中通过来回移动电子来产生电荷。

这种类型的电池可以提供几乎无限的能量容量，只需使用更大的电解液储罐。它可以完全放电很长时间，没有不良影响，使维护比其他电池更简单。

商业化的钒流动电池系统已经遭受了高成本的V，所以你必须通过改进化学，改进电池和堆栈设计，在相同数量的V存储更多的电力。或者降低V的成本。或两者兼而有之。

WattJoule业务发展副总裁兼联合创始人Greg Cipriano表示:“与我们的战略合作伙伴合作，我们提出的综合、多金属开采方法是降低钒价格的关键。传统的金属提取方法效率低且浪费。展望未来，这在经济和环境方面都毫无意义。”

从富含钒的输入源中提取多种金属——从地下挖出的新矿石或矿渣、使用过的催化剂或含油粉煤灰——这些被视为工业废料——提供了额外的收入。非钒金属，如铁、钛和镍，然后以市场价格出售，补贴钒的开采。

其中含有大量的含油粉煤灰和煤矸石。这种补贴已被发现可以大大抵消钒的成本，在某些情况下，它可以将成本降至零。

与此形成鲜明对比的是，在竞争激烈、成本驱动的大宗商品冶金市场上，目前的钒销售只是一次性交易。

这些v流电池可以相当大，最适合工业和公用事业规模的应用。它们永远也装不下电动汽车，所以特斯拉的电池目前是安全的。但在实用规模上，v流电池胜过锂离子电池和其他任何固体电池。它们只是更安全、更可伸缩、更持久、更便宜——不到每千瓦时成本的一半。

随着发电技术的发展，为未来储存能源变得越来越重要，我们需要比目前更有创造力，更便宜。我们有工具——电池，抽水蓄能，热能——我们必须快速部署它们。