eo實習記者 劉運紅
編輯 姜黎 陳儀方
近日，美國一家初創(chuàng)公司Form Energy宣布其研發(fā)出了一種鐵-空氣電池，如果計劃如期推進，該電池將在2025年投運，可持續(xù)提供100小時的電力，且價格低于20美元/千瓦時。這標志著Form Energy在長時儲能電池領(lǐng)域取得了一項重大技術(shù)突破。雖然這種電池對電動汽車來說太重，但為可再生能源的發(fā)展解決了一個關(guān)鍵問題，即當太陽光照較弱或風速不足時，為電網(wǎng)提供廉價、持久的電力。這種既便宜又能長時間存儲的電池，被譽為可再生能源技術(shù)領(lǐng)域的“圣杯”。
Form Energy還宣布，最近完成了一筆2億美元的D輪融資，由鋼鐵制造巨頭、全球主要鐵礦石生產(chǎn)商之一的Arcelor Mittal領(lǐng)投。除此之外，該電池項目還獲得了氣候投資基金B(yǎng)reakthrough Energy Venture的支持，投資人包括微軟公司的聯(lián)合創(chuàng)始人Bill Gates和亞馬遜的創(chuàng)始人Jeff Bezos。
鐵生銹過程實現(xiàn)儲能
鐵-空氣電池利用鐵的氧化還原反應實現(xiàn)電池的充電和放電。其運作原理是放電時，電池暴露在空氣中被氧氣氧化，類似鐵生銹的過程；充電時，利用電流將氧化鐵還原成為金屬鐵。Form Energy利用鐵生銹的過程儲存電力，經(jīng)過了多次實驗和測試。2018年初，F(xiàn)orm Energy的研發(fā)團隊開始進行小規(guī)模測試，在半透明量杯的底部，用五金店的軟管夾包裹小片金屬進行充放電。測試方案包括硫鐵、硫空氣、硫錳和鐵空氣等不同的電池配置。研究發(fā)現(xiàn)，在這些配置中，鐵空氣的效果最為理想。
隨著研究的進一步開展，F(xiàn)orm Energy在技術(shù)上實現(xiàn)了新的突破。為了獲得一種關(guān)鍵的電池材料——不滲水但能吸收氧氣的陰極，F(xiàn)orm Energy購買了亞馬遜電池公司Nant Energy董事長Patrick Soon-Shiong的專利及其庫存上千的陰極材料，放在公司大樓角落里的紙板箱內(nèi)。
“把這個釘牢，我們就可以踩油門了?！盕orm Energy公司的創(chuàng)始人Jaramillo說。
2020年夏末，F(xiàn)orm Energy研發(fā)了一種電池，高度一米多（約3.3英尺）。由于其尺寸和垃圾桶相似，取名為Slim Jim。2021年初，該公司研發(fā)了一個名為Big Jim的“1m×1m”全尺寸電池。如果工作按照預期推進，20個類似的電池將結(jié)合成一個電池組。成千上萬的電池串在一起，將填滿整個倉庫，并能夠儲存幾周的電能。雖然給這些電池系統(tǒng)充滿電需要幾天時間，但電池一次能夠持續(xù)放電150個小時。到2023年，公司計劃配置一種能夠持續(xù)放電超過6天的1兆瓦電池。該公司表示，其正在和多家公用事業(yè)公司洽談電池部署事宜。
低成本鐵粒具備競爭優(yōu)勢
鐵-空氣電池的原型Big Jim，由18000個鵝卵石大小的灰色鐵粒組成，這是一種儲量豐富、無毒、不易燃的礦物質(zhì)。在快速發(fā)展的電池領(lǐng)域，將低成本的鐵粒作為原材料，成為Form Energy獲得競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵。
斯坦福大學氣候/能源項目的總監(jiān)Mark Jacobson說，“如果商業(yè)成本最終低到20美元/千瓦，這將是一個重大突破，既能夠促進全世界范圍內(nèi)過渡到100%清潔、可再生電力，也能避免停電，成本還比之前更低?！?
目前鋰離子電池是電動汽車和電力系統(tǒng)儲能的主力。分析人士稱，電力系統(tǒng)、電動汽車使用的鋰電池組中，鎳、鈷、鋰和錳礦每千瓦時的存儲成本在50到80美元之間。Form Energy公司認為，如果使用鐵，每千瓦時的存儲成本將不到6美元，如果把電池組打包成一個完整的電池系統(tǒng)，每千瓦時低于20美元。專家表示，如果能達到這種水平，可再生能源加上儲能完全可以取代傳統(tǒng)的化石燃料發(fā)電廠。
在全球控制碳排放的趨勢下，拜登政府正在推動美國于2035年實現(xiàn)無碳電網(wǎng)，美國的一些州政府和電力企業(yè)也在同步推進。眾所周知，風能、太陽能、地熱能和核能與短時的鋰離子電池相結(jié)合可以供應80%的電力，最后的20%則需要某種長時間的儲能方式來補充。
能源部副參謀長Jeremiah Baumann指出，“我們已經(jīng)知道80%的電力需要何種技術(shù)路徑，并且已經(jīng)在成本上具備競爭力。而對于最后的20%，我們有良好的技術(shù)意識，但問題的關(guān)鍵是哪一種技術(shù)能夠削減成本并成功進入市場。”
眾多初創(chuàng)公司競相開發(fā)更先進、成本效益更高的儲能技術(shù)，有的公司推進固態(tài)電池；還有的公司認為抽水蓄能或壓縮空氣可以被更廣泛地應用；歐盟目前正在推動氫儲能和發(fā)電。與此同時，另外一些公司則專注于研究碳捕獲技術(shù)，讓天然氣和燃煤電廠實現(xiàn)零排放，減少對儲能的需求。Form Energy將在這個日益擁擠的領(lǐng)域與其他公司展開競爭。
首個商業(yè)示范項目
Form Energy創(chuàng)立于2017年，是一家電力存儲系統(tǒng)研發(fā)公司，由麻省理工學院教授、電池專家Yet-Ming Chiang和曾參與特斯拉儲能項目的Meto Jaramillo共同創(chuàng)立，專注于研發(fā)一種使可再生能源可以實現(xiàn)全年穩(wěn)定調(diào)度的低成本、長時儲能系統(tǒng)。
Form Energy的首席執(zhí)行官Meto Jaramillo曾經(jīng)研究過最早的特斯拉汽車動力系統(tǒng)。他在特斯拉工作七年后，于2016年離職，開始為電力系統(tǒng)研發(fā)低成本電池。2012年，Yet-Ming Chiang在麻省理工大學任教期間，正在參與美國能源部的項目，開始研究長時儲能電池。2017年，他與Jaramillo一起創(chuàng)立了Form Energy公司，并吸引了電池行業(yè)的其他資深技術(shù)人員。
2020年春季，F(xiàn)orm Energy與明尼蘇達第二大電力供應商Great River Energy達成合作協(xié)議，開發(fā)首個商業(yè)項目，采用安全、便宜、豐富的材料，為其提供1MW/150MWh的鐵-空氣電池儲能系統(tǒng)，實現(xiàn)電力輸送150小時不中斷。該項目將于2023年開始運營，部署在燃煤發(fā)電廠的公用設(shè)施附近。如果項目完成，將基本實現(xiàn)零碳排放，同時成本遠遠低于煤電。
Great River主席兼首席執(zhí)行官David Saggau認為，長效儲能將成為未來極端天氣狀況下維持電網(wǎng)可靠性的必要手段。因此，他們選擇了與Form Energy合作。在達成合作前，考慮到當?shù)貧夂驐l件等多方面因素，雙方就如何替代南達科他州1.15GW裝機容量的Coal Creek Station燃煤電廠進行了長時間的討論和研究。
Great River Energy是一家電力批發(fā)公司，和28個配電商合作，為70000個家庭、農(nóng)場和公司提供電力服務。該公司的目標是利用長時儲能系統(tǒng)，解決風力發(fā)電的間歇性和波動性問題。在風力資源不足時，也能保證電力的持續(xù)供應。Form Energy表示，將于2023年和Great River Energy合作開展鐵空氣交換電池的測試項目。
參考鏈接
https://www.wsj.com/articles/startup-claims-breakthrough-in-long-duration-batteries11626946330?st=h27ni55ws98wt44&reflink=desktopwebshare_twitter&mod=e2fb&fbclid=IwAR12irRqQCZ71maUq54OPJGHhtPWcRv66_5rVI6Y_up7D6fJDbJ88EXWqB0
https://www.utilitydive.com/news/form-energys-20kwh-100-hour-iron-air-battery-could-be-a-substantial-br/603877/
https://mp.weixin.qq.com/s/Dzqw52Lv6he-G0bPadLSzw
