欧洲知识产权机构Mewburn Ellis公司的合伙人Callum McGuinn日前对电池储能行业人士应该了解的电池技术的重大进展进行了阐述和分析。
　　
　　电池技术的进步对电池储能产业的发展具有重要意义，而行业人士需要重点关注的关键进展包括电池的寿命与退化管理、能量密度、消防安全和非锂离子电池技术。
　　
　　电池寿命与退化管理
　　
　　电池的退化降低了电池储能和供电的能力。而延长电池寿命意味着电池更换频率将会降低，从而降低成本，并减少对环境的不利影响。
　　
　　充电方式对电子设备的寿命具有显著影响。20%至80%的充电状态最为理想，而过充或深度放电会缩短电池寿命。当然，电池暴露在极端温度下也会加速退化。
　　
　　当然，这同样适用于电池储能系统，它使用电池管理系统（BMS）来管理充放电循环以保持最佳运行条件，并通过热管理系统来保持最佳运行温度。这些热管理系统通常使用相变材料和散热技术来管理热量的流动。
　　
　　最近的技术创新包括使用人工智能驱动的电池管理系统（BMS）来提高准确性和运营效率。传统的数学模型难以理解电池内部复杂且非线性的行为，因此其准确性有限。而显示电池受到外部影响的数据使人工智能可以识别模式和相关性，能够让运营人员更好地理解这些模式和相关性。通过更深入的了解，电池管理系统（BMS）可以相应地优化电池运行，以尽量减少退化。
　　
　　电源解决方案提供商MPS公司表示：“如果人工智能的算法注意到电池每天深度放电的趋势，然后在夜间缓慢充电，则可以改变其参数以最大限度地延长电池寿命。同样，如果注意到在高温环境中的运行模式，可能会采用预防性维护程序或控制措施，以减少热量对电池寿命的负面影响。”
　　
　　能量密度
　　
　　能量密度并不是选择电池储能系统的决定性因素，但并不是唯一因素。与其相反，重要的是在单位面积上可以实现的能量密度。
　　
　　假设电池可以垂直堆叠，那么在理论上可以轻易提高能量密度。然而，锂离子电池的堆叠可能会带来安全问题，尤其是易燃性。像氧化还原液流电池这样的替代方案更容易实现规模的扩展。此外，大型锂离子电池储能系统通常部署在于农村地区，因此扩大部署规模并不是难事。
　　
　　如果使用锂离子电池构建电池储能系统，将阳极材料从传统的石墨改为硅，可以提供更高的能量密度。虽然石墨具有耐用的结构，可以防止过分膨胀和物理损坏，但使用这种材料的锂离子电池所能达到的总体能量密度是有限的。
　　
　　从单位质量方面来说，硅能容纳的锂离子数量是石墨的10倍。然而，这项技术仍处于早期研究阶段，虽然提供了更高的能量密度，但必须先解决一些个挑战。一个重要的问题是，当硅吸收锂离子时，它的体积会膨胀到原来的三倍。
　　
　　固态电池与传统锂离子电池相比具有更高能量密度的潜力。然而，在固态电池成为主流之前，还需要进一步的创新，因为它们的生产方法目前既复杂又昂贵。
　　
　　消防安全
　　
　　当电池发生故障时，会迅速释放大量能量，这可能导致热失控，最终有可能导致电池起火或爆炸。如果提高电池的能量密度，可能会使更多的能量迅速释放，从而增加严重热失控的风险。因此，随着电池功率的提高，消防安全将成为更加重要的考虑因素。
　　
　　电池管理系统（BMS）等安全机制可防止电池过充、过热和过放电，从而降低导致热失控的风险。此外，热管理系统可以确保电池保持在安全的工作温度，进一步提高安全性。
　　
　　创新型企业正在开发阻止热失控的方法，例如LifeSafe Technologies公司开发的热失控流体。该流体查以利用吸热反应和抑制氧气来控制热失控。
　　
　　固态电池通过用稳定、不易燃的固体代替易燃的液体电解质来降低火灾风险，从而显著降低了火灾风险。氧化还原液流电池是锂离子电池的另一种有前景的电池替代品，其火灾风险显著降低。
　　
　　非锂电池
　　
　　随着锂电池需求的增加，人们对替代电池化学物质的兴趣日益浓厚，以缓解供应压力。
　　
　　氧化还原液流电池是锂离子电池最有前途的替代品，尤其是钒氧化还原液流电池（VRB），并已经于2023年在电池储能系统中使用。总部位于英国的Invinity公司获得了1100万英镑的合同，为英国电网部署一个7MW/30MWh的钒氧化还原液流电池储能系统。
　　
　　钒氧化还原液流电池（VRB）的容量不会随着时间的推移而减少，而其电解液不易燃，是锂离子电池更安全的替代品。钒氧化还原液流电池（VRB）的工作寿命是锂离子电池的两倍多，工作温度范围更广，并提供对功率和能量的独立控制（储能容量由电解液罐的大小决定，而输出的功率由电极面积决定）。
　　
　　与锂一样，钒也是一种稀缺资源，这导致了对其替代品的研究。而钠离子电池是另一种选择。钠比锂更丰富、成本更低、不易燃且更可持续。然而，与锂离子电池相比，钠离子电池的能量密度更低，充放电循环寿命也更短。
　　
　　如上所述，这些都是电池储能系统的重要因素，需要进一步的创新才能使钠离子电池更全面地取代锂离子电池。
　　
　　此外，锌电池也是一种选择，锌是一种无毒并且储量丰富的金属，对环境的影响比锂电池小。另一方面，锌的能量密度和寿命都比锂低。锌-空气电池、锌离子电池、锌-锰电池和锌-碳电池都是可供选择的电池产品，目前锌电池的研究主要关注如何提高能量密度和充放电循环寿命。
　　
　　编译：Harris