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以色列液流电池厂燃料电能喊出储存成本每度电容量 250~300 美元

2020-06-17


以色列液流电池厂燃料电能喊出储存成本每度电容量 250~300 美元

液流电池(flow battery)过去因为体积大、反应慢而在电动车、行动装置的需求上无力与锂电池竞争,近年来随着电网及能源储存逐渐兴起,液流电池寿命长、安全性高、储存成本低的优势逐渐抬头,以色列液流电池厂燃料电能(Electric Fuel Energy)提出可打造货柜大小,150 千瓦、储存成本每度电容量 250~300 美元的液流电池。

燃料电能是由美国军武航太厂 Arotech 所成立的完全持股子公司,属于 Arotech 的能源系统部门,成员也由 Arotech 相关专家组成,包括执行长罗南‧巴第奇(Ronen Badichi)也同时兼任 Arotech 能源系统部门总裁,Arotech 研发电池科技已有超过 20 年经验,过去曾打造小于 85 公克重的锌空气电池做为航太、水底等应用使用,不过如今燃料电能则主要研发铁液流电池。

所谓液流电池,其主要结构是两大槽的化学电解质溶液以及中央反应室的反应薄膜,当发电或储电的时候,将电解质溶液抽至由薄膜隔成两边的中央反应室,在薄膜阻挡下,化学反应会在一方产生多余电子,另一方则吸收电子,因而产生电位差。

燃料电能的铁液流电池採用的阳极是铁,铁与溶液中的氢氧根离子(OH-)结合为氢氧化亚铁(Fe(OH)₂),同时释出两个电子,阴极则为铁氰化错合离子([Fe(CN)6]3−)溶液,接收电子后成为亚铁氰化错合离子([Fe(CN)6]4−),阳极耗用氢氧根离子后剩下的多余氢离子则透过薄膜来到阴极以保持平衡。充放电时的反应方向则相反。

採用铁原料有几项优势,首先铁、氢氧化亚铁、铁氰化错合离子、亚铁氰化错合离子,都是化学安定且毒性相当低的物质,利于运作上的安全性考量,日后若除役时也不用担心会造成毒性污染,铁原料便宜有利于压低储能成本,更相当经久耐用,经过 3,000 次充放电循环也不见有衰退现象,反应容易控制且易于规模化,更不怕过充,因而可减少控制装置成本。

由于阳极的铁与氢氧化亚铁同样是固态,因而没有固液相的转变,相较之下,锌液流电池会有固态与溶液的固液相转变,多次充放电循环以后,会产生枝状结晶,造成电极变形而寿命缩短的问题。铁液流电池没有相转变带来的寿命问题,也就相对降低了长期使用的维护成本。

成本降低速度是关键

燃料电能基于对铁材料的信心,喊出储存成本每度电容量 250~300 美元的目标,这个价格目标可说相当大胆,因为同样使用铁液流电池的能源储存系统(Energy Storage Systems)公司所提出的价格是每度电容量 500 美元。燃料电能期望在 2016 年底建立示範计画开始实地运作,并在 2017 年与 2018 年增加 4 座试验计画,于 2019 年正式全面商业上市,其第一座量产工厂计画设立于以色列,已经破土动工。

燃料电能认为本身的优势在于有母公司 Arotech 母鸡带小鸡,不那幺仰赖创投资金。此外,液流电池具有寿命长、安全性高的优势,但也有反应速度较慢的劣势,利于用于长时间除能、转移用电时间等用途,但不利于做为快速调节使用,燃料电能表示,由于母公司 Arotech 本身有发展许多其他电池技术,对各种电池技术适合何种应用相当了解,因此铁液流电池不会去直接与主流的锂电池竞争其优势应用,而是发展液流电池较具优势的领域,将优先前往电网发展较不足的开发中地区,欧美市场将非其第一选择,不过若政策上对能源储存有足够的诱因,则也会考虑发展。

虽然燃料电能信心满满,但能源储存领域如今有相当多竞争对手,同为液流电池的对手,就有钒液流电池的 UniEnergy、 Imergy、CellCube,铁铬液流电池的 EnerVault,锌溴液流电池的 Primus Power、EnSync、Redflow 等。其中以 Imergy 而言,目前储能成本为每度电容量 500 美元,并表示採用回收钒之后,储能成本将可降至每度电容量 300 美元,这与燃料电能喊出的价格已经不相上下。

而目前主流的锂电池则更是所有其他电池技术的心腹大患,尤其是在规模量产下,成本降低速度可能超乎想想,通用汽车(GM)在 2015 年时喊出其车用锂电池在 2016 年价格将仅每度电 145 美元,而到 2021 年可望降至突破 100 美元的重大关卡,另一方面特斯拉则预期 2022 年在内华达州 Gigafactory 完全完工产能全开下可望达到 100 美元目标。

由于锂电池的寿命不如液流电池,纯粹比较每度电容量的价格时,并不能完全反映长期使用下的成本,但若锂电池降到 100 美元关卡,恐怕所有其他能源储存技术厂商都将面临重大挑战。液流电池能否杀出重围,就看其成本降低速度能不能跟上锂电池的脚步了。



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