中國儲能網(wǎng)訊：美國能源部先進能源研究計劃署(Advanced Research Projects Agency-Energy，ARPA-E)日前舉行七周年慶典，對所資助的能源研發(fā)項目進行總結(jié)，并對成功實現(xiàn)從實驗室走向商業(yè)化的項目進行了重點介紹。
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)域先進技術(shù)的創(chuàng)新和孵化項目，為社會資本在風險投資過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所支持的項目通常由企業(yè)和科研機構(gòu)共同承擔。從2009年起，ARPA-E已經(jīng)為超過475個項目提供了13億美元的資金支持。其中的45個項目在后續(xù)商業(yè)化過程中累計獲得了12.5億美元的融資。
與電網(wǎng)級儲能直接相關(guān)的ARPA-E支持計劃包括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壽命為目標的儲能系統(tǒng)開發(fā)項目，力爭通過采用新型技術(shù)將Pack級電池系統(tǒng)安裝成本降低至$100/kWh。從2010年起ARPA-E累計支持的電池儲能項目達到75個，預(yù)計未來5-10年將會實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)移。
在已經(jīng)實現(xiàn)從實驗室走向商業(yè)化的眾多技術(shù)孵化項目中，ARPA-E重點對以下8個儲能技術(shù)項目進行了推介：
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和FluidicEnergy公司共同開發(fā)。采用納米鋅負極材料、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級應(yīng)用，可以實現(xiàn)4-72小時的電力儲存，未來將以傳統(tǒng)備用電源市場為目標，替代柴油發(fā)電機或鉛酸電池。
2015年9月，F(xiàn)luidic公司獲得1.5億美元融資用以推動該技術(shù)的商業(yè)化，并在發(fā)展中國家的通信基站備用電源領(lǐng)域建立了首個市場，未來還將擴展應(yīng)用到偏遠地區(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50000臺鋅空氣電池。
2、低成本、固定式儲能用鋅-二氧化錳二次電池
該技術(shù)由紐約市立大學能源研究所(CUNY)和UrbanElectricPower(UEP)公司共同開發(fā)。采用新型二氧化錳正極材料和鋅負極材料，并且通過復(fù)雜的電池管理策略對放電深度進行控制，實現(xiàn)了超過1500次的超長循環(huán)壽命。由此使得鋅錳電池體系不再僅僅局限于消費電子領(lǐng)域，未來也可以拓展應(yīng)用到電網(wǎng)固定式儲能領(lǐng)域。
UEP公司獲得CUNY的技術(shù)授權(quán)，目前已經(jīng)開發(fā)出兩款電網(wǎng)級儲能產(chǎn)品，包括針對發(fā)展中國家戶用和商用市場的2-50kW備用電源產(chǎn)品和針對電網(wǎng)級儲能應(yīng)用、功率大于100kW的固定式儲能系統(tǒng)。按照UEP的商業(yè)計劃，未來隨著電池系統(tǒng)實現(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)級儲能的小分子有機液流電池體系
該技術(shù)由哈佛大學和SustainableInnovations公司共同開發(fā)。采用堿性水系電解液體系，以醌類小分子有機物為電解質(zhì)，與傳統(tǒng)全釩液流電池相比，實現(xiàn)了低成本、無毒和無腐蝕性。在電池制造方面，研究團隊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極材料，以懸浮漿液形式開發(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)計極大地簡化了電池制造工藝、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到1000周，循環(huán)效率85%。24M公司已經(jīng)將該技術(shù)定位于車用和固定式儲能領(lǐng)域，正在以電池包成本$100/kWh、循環(huán)壽命不少于5000周為目標進行技術(shù)改進，預(yù)計將于2018年實現(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開發(fā)。以降低液流電池成本為出發(fā)點，采用FeCl2電解液和高功率電池設(shè)計，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公司開發(fā)的單電池循環(huán)壽命超過2500周，10kW/75kWh的電池產(chǎn)品AC循環(huán)效率可以達到70%。
ESS首先針對用戶側(cè)可再生能源平滑和負荷管理推出規(guī)模小于100kW的系統(tǒng)，首批客戶包括美國空軍工程部、StoneEdge農(nóng)場、Napa釀酒廠等。2016年上半年ESS的訂單規(guī)模接近100萬美元。2015年10月，公司已經(jīng)完成了320萬美元的A輪融資，將致力于擴大生產(chǎn)規(guī)模、推動系統(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)，目前正在通過開展示范項目獲得市場認可。
目前PrimusPower已經(jīng)獲得6000萬美元融資。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光伏電站的25MW儲能訂單。
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公司共同開發(fā)。采用新型電池工藝，使用全釩體系開發(fā)出20kW高功率液流電池系統(tǒng)，目標循環(huán)7500周、成本降低一半，未來也可以擴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，未來將推廣到大規(guī)模儲能應(yīng)用領(lǐng)域。
8、低成本、長壽命有機液流電池體系
該技術(shù)由AlveoEnergy開發(fā)?；谄蒸斒克{分子電對開發(fā)開放骨架的正負極材料，構(gòu)建低成本高性能電池，目標循環(huán)壽命超過10000周，具備20C的倍率性能，日歷壽命超過10年。目前AlveoEnergy已經(jīng)開發(fā)出2Ah電池樣品，正在進行商業(yè)化開發(fā)，未來將定位于備用電源和可再生能源儲能領(lǐng)域進行推廣應(yīng)用。
