鋰電池是儲能領域首選？這些新技術向它發起挑戰

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圖片來源：Pixabay

原標題：新技術不勝枚舉，未來鋰電池儲能龍頭地位不保？

通常一提到儲能系統，第一個想到的可能都會是鋰離子電池，畢竟鋰電池應用範圍相當廣，小至智能型手機大至電動車都可見。

由於鋰離子電池壽命和能量密度都遠勝於鉛酸電池，鋰電池一直以來都是炙手可熱的儲能技術首選，但鋰離子電池的成本在 2017 年上升 240%，廠商漸漸開始面臨供應鏈、資源短缺、成本上揚的挑戰，因此不少科學家正尋找低成本又有效的低碳電池技術。

只是這些技術是否能成功達到商業化，規模又是否能跟鋰離子電池相競爭，這些都還有待觀察。

低成本與多功能氨氣儲能

有別於其他國家與廠商看好氫燃料，德國工業巨擘西門子對氨氣儲能寄予厚望。

該公司近期與 Innovate UK 斥資 150 萬英鎊在英國牛津哈威爾展開世界首個氨儲能先導計劃，項目包括風力發電機組、氮氣產生器、電解水系統、30KW 發電機與製造氨氣的哈伯法反應爐。

該示範廠目標是將電力、水和空氣無碳轉化為氨氣，將氨氣儲存在儲罐後，就可以用來燃燒發電、當作車用燃料出售，或是用於工業製冷。

氨氣目前已實現工業規模生產、儲存和運輸，是個人們相當熟悉且低成本的化合物，它也同時是個多功能燃料，如果想將氨氣用於燃料電池，也可以將氨氣轉換為氫氣，用來發展氫氣經濟與氫燃料車。

該技術成本效益相當高，西門子表示，對於許多人來說，目標都是能夠找到成本、儲存容量跟壽命都可與鋰電池相較的技術。

原材料豐富的鈉離子電池

由於地球上鈉含量比鋰礦豐富，且鈉離子與鋰離子具有相似的運作模式，現在也有不少研究員關注鈉離子電池，並認為該電池未來可比鋰離子電池更加便宜有效、安全疑慮更低。

象是法國國家科學研究中心（CNRS）、美國華盛頓州立大學（WSU）和史丹佛大學都在開發鈉基電池，2017 年史丹佛大學團隊開發了一種新型鈉離子電池，可以儲存和目前市場上最先進鋰離子電池一樣多的容量，但成本僅不到鋰離子電池的 80%。

不過鈉基電池也並非完美無缺，鈉離子比鋰離子重 3 倍，離子在電極之間的移動速度會變慢，導致能量密度尚不高。目前該電池還需要進一步最佳化，才能突破穩定性與能量密度低挑戰。

低壓儲存的液態空氣儲能

液態空氣（Liquid air）儲能設備也被稱為低溫儲能，是個不受到地點限制的技術。由於空氣液化點在攝氏零下 183 左右，該系統首先會將空氣低溫液化、在低壓狀態下儲存，需要用電時將液體空氣被抽到高壓狀態，再加熱至氣態，之後就可以驅動發電機或是渦輪機。

英國 Highview Power 公司與廢棄物回收管理公司 Viridor 公司在 2016 年也獲得英國能源部提供的 800 萬英鎊研究經費，近期成功更在曼徹斯特打造世界第一座液態空氣儲能工廠 Viridor Pilsworth。

該工廠將空氣溫度降至攝氏零下 196 度，把空氣轉變為液態並儲存在絕緣容器中，要用電時再從容器中抽出液態空氣，加熱後壓力升高便可驅動渦輪機發電，且該技術還可以回收再利用本身運轉產生的廢熱或是廢冷，進一步提高發電效率。

Viridor Pilsworth 液態空氣儲能工廠容量可儲存 15MWh 電力，足夠為 5,000 戶家庭提供連續 3 個小時電力。Highview Power 指出，液態空氣儲能工廠除了可運轉 40 年，還可以任意選擇安裝地點，能夠有效與再生能源相輔相成。

液體也可以儲存大量電力

除了用電化學與空氣來儲存電力，水、液體也可以用來儲能與發電。近年來液流電池也是眾所矚目的研究焦點之一，美國史丹佛大學與哈佛大學在液流電池研究都有所進展，並都認為該電池可為再生能源儲能系統盡一分心力。

該系統運作模式是將電子儲存在外部兩側的液態電解質槽，充放電時電解質會被幫補到中間的發電室，而發電室也會以薄膜隔開兩種溶液、形成兩個電極，最後產生離子交換來發電。且由於電池兩側電解質是分開存放，相互滲漏與自身放電的機率都很低，因此安全性高、能量也可以長久儲存，非常適合製作成大型儲能系統。

荷蘭 AquaBattery 公司也有發展出一款基於鹽與水的液流電池，透過滲透技術來進行離子交換並可存放電力，該公司的「藍色電池（Blue Battery）」具有永續發展優點，可在發電尖峰時段利用無毒材料來儲能，近日也正如火如荼打造二代系統。

打造真正「綠色」的技術

未來的儲能技術標準將會越來越高，除了要滿足壽命、電池容量與成本，也得考量到電池是否會造成污染、是否能回收再利用等問題。

就好比鋰離子電池，雖然大部分國家都有電池回收機制，但是這並不包含鋰離子電池，相關法律與機制的不足使鋰離子電池常常沒有被妥善回收，最終都直接丟入垃圾填埋場或焚化爐，比利時科技公司 Umicore 指出，市場上只有 5% 鋰離子電池被妥善回收。

但鋰離子電池其中的鈷、鋁跟銅都可以再次利用，不好好回收實在是有點可惜，且隨意丟棄鋰電池也對環境不好，未回收電池與其中的電解質將會產生毒氣體外泄、水污染等大量環境污染。

因此研究員除了得努力尋找低成本鋰電池替代品，還必須確保新儲能系統的回收方式，以免之後造成另一波環境災難。

Source：EnergyTrend

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