給新能源車(chē)充電，有沒(méi)有可能像加油一樣簡(jiǎn)單？電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)或許可以變理想為現(xiàn)實(shí)。
此前，中國(guó)科學(xué)院院士、香港科技大學(xué)機(jī)械與航空航天工程系教授趙天壽提出了電燃料儲(chǔ)能（e-fuel）的概念，使用者可以將事先在充電站充好電的載電液體直接灌入電燃料電池中，用于放電和后續(xù)使用。
由于車(chē)上電燃料電池的電極專用于放電，因此性能更高、壽命更長(zhǎng)。而且，該系統(tǒng)沒(méi)有貴金屬元素催化劑，還可以極大地降低系統(tǒng)的投資成本。
近日，香港理工大學(xué)機(jī)械工程系副教授安亮團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞報(bào)告—物理科學(xué)》發(fā)表論文，報(bào)道了一種電燃料電池，使用高反應(yīng)活性電燃料以及不依賴催化劑的石墨氈電極，顯著提高了液體電燃料電池的功率密度和能量效率。這也證明了電燃料儲(chǔ)能思路的可行性。
液體也能充電
氫氧燃料電池被認(rèn)為是未來(lái)新能源車(chē)的潛在供能方式。然而，這種燃料電池卻存在諸多弊端，不僅產(chǎn)氫、用氫都需要貴金屬催化劑，氫氣要想實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)還存在安全性和成本的限制。
對(duì)此，趙天壽冒出一個(gè)想法——能不能設(shè)計(jì)一種以可循環(huán)充放電液體為介質(zhì)的儲(chǔ)能系統(tǒng)呢？
“早在2016年，我就開(kāi)始構(gòu)想一種燃料電池，可以讓液體充上電?！壁w天壽對(duì)記者說(shuō)，“以金屬離子電燃料為例，充電前是高價(jià)態(tài)，通入電流之后的電子變?yōu)榈蛢r(jià)態(tài)，就實(shí)現(xiàn)了電燃料的充電。同理，有機(jī)分子電燃料或者懸浮顆粒電燃料也可以通過(guò)得失電子進(jìn)行充放電。”
香港科技大學(xué)機(jī)械與航天工程系助理教授徐建波介紹，這樣一套液體電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)包含電燃料、電燃料充電器和電燃料電池三部分。
趙天壽表示，與傳統(tǒng)液流電池既要能充電又要能放電不同的是，在液體電燃料系統(tǒng)中，充電和放電單元是相互獨(dú)立的。充電過(guò)程在專門(mén)的電站中實(shí)現(xiàn)，放電過(guò)程則發(fā)生在分散的放電設(shè)備上，只需輸送液體電燃料就可完成能量在時(shí)間和空間上的轉(zhuǎn)移。
“這不僅實(shí)現(xiàn)了充電與放電的電極解耦，還破解了以往電池因充放電共用電極導(dǎo)致氧化和還原反應(yīng)相互制約的難題。各部分可以設(shè)計(jì)專門(mén)的氧化或還原電極，提高了電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)性能，降低了成本?！毙旖úㄕf(shuō)。
他同時(shí)指出，電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)由于穩(wěn)定性高，理論壽命長(zhǎng)達(dá)20年。從環(huán)保的角度看，電燃料充電裝置和電燃料電池中不使用有害貴金屬，電燃料可回收并重復(fù)利用，克服了鋰離子電池、鉛酸電池等不可回收的缺陷。
服務(wù)大儲(chǔ)能 消解風(fēng)光電
除了作為一種汽車(chē)動(dòng)力電源，新型電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)還能服務(wù)于大型固定式儲(chǔ)能設(shè)施。
“過(guò)去十幾年，光伏和風(fēng)電的成本降低了80%之多，但從全球來(lái)看，光伏和風(fēng)電的應(yīng)用比例還不到6%?！壁w天壽說(shuō)，“主要原因就是風(fēng)、光電供應(yīng)不穩(wěn)定，且地理分布分散?！?
抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能等多種儲(chǔ)能設(shè)施為解決風(fēng)、光電的上述問(wèn)題提供了一種解決方案。然而，抽水蓄能電站需要有山有水、壓縮空氣儲(chǔ)能依賴儲(chǔ)氣洞穴，都對(duì)地理?xiàng)l件提出了很高的要求。
徐建波介紹，新型電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)可以通過(guò)電燃料充電器存貯風(fēng)能或太陽(yáng)能，將電能儲(chǔ)存為電燃料的化學(xué)能，再通過(guò)電燃料電池實(shí)現(xiàn)離網(wǎng)或并網(wǎng)供電。
“這類系統(tǒng)的儲(chǔ)能循環(huán)效率高于80%。”趙天壽告訴記者，“單算充電，效率可達(dá)90%以上，高效地將光、風(fēng)電存儲(chǔ)到電燃料中；而在放電過(guò)程中，除了實(shí)現(xiàn)高效率，還達(dá)到了高功率密度?！?
徐建波強(qiáng)調(diào)，“電燃料電池峰值功率密度是傳統(tǒng)氫氧燃料電池的2倍?！?
不僅如此，電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量是沒(méi)有限制的，是由電燃料的體積多少來(lái)決定。電燃料充電站就像煉油廠一樣源源不斷地將可再生能源轉(zhuǎn)化為電燃料，電燃料電池又可隨時(shí)隨地、高效高功率地為用戶提供清潔電源。
清潔環(huán)保 使用靈活
“從廣義上說(shuō)，石油也是一種液體能量載體，在數(shù)百萬(wàn)、數(shù)千萬(wàn)年的過(guò)程中將太陽(yáng)能儲(chǔ)存在石油中?！壁w天壽說(shuō)。
作為一種液體載能介質(zhì)，石油用起來(lái)很方便，但卻存在兩大問(wèn)題。首先，石油雖燃燒很快，但儲(chǔ)能過(guò)程太過(guò)緩慢，石油再生的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上消耗的速度；其次，使用化石燃料還會(huì)帶來(lái)碳排放及環(huán)境污染等問(wèn)題。
電燃料儲(chǔ)能如果同風(fēng)、光、水等清潔能源結(jié)合，剛好避免了石油這兩大缺陷。
一方面，電燃料充電器儲(chǔ)存的能量來(lái)自可再生能源，清潔環(huán)保。另一方面，這類儲(chǔ)能系統(tǒng)充電過(guò)程很快，可再生能源可以高效快速地充進(jìn)電燃料，然后被靈活方便地運(yùn)輸、使用。
可以說(shuō)，可再生能源清潔、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)以及電燃料自身靈活、方便的使用方式，奠定了電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)廣闊的應(yīng)用前景。
據(jù)趙天壽介紹，他們正在加快研發(fā)，促進(jìn)電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)在汽車(chē)動(dòng)力和大型固定式儲(chǔ)能設(shè)施等方面的落地應(yīng)用。對(duì)于車(chē)用動(dòng)力電源，他們將著眼能量密度和功率密度，盡可能讓電燃料電池體積更加緊湊，使得加一次電燃料可行駛更長(zhǎng)距離。
而在固定式儲(chǔ)能方面，趙天壽團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在試驗(yàn)千瓦級(jí)儲(chǔ)能設(shè)施。
“針對(duì)大型固定式儲(chǔ)能，目前我們可以實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有液流電池更好的穩(wěn)定性和更低的成本，但成本需要進(jìn)一步降低才有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，我們計(jì)劃開(kāi)發(fā)價(jià)格更低、更穩(wěn)定的核心材料來(lái)進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本。”徐建波說(shuō)，不久的將來(lái)，電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)有望實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用，在綠色出行、節(jié)能減排方面扮演重要角色。（■本報(bào)見(jiàn)習(xí)記者 池涵）
