上海市太阳能学会

随着电网脱碳压力的增加，对可再生能源发电的长期储存选择的需求也在增加，尤其是对风能和太阳能等非连续可用的能源。虽然可充电电池是消费者使用的首选解决方案，但在电网规模的考虑中，使用电池储能是不切实际的。当前，科学家们一直在寻找重力储能、热能或地热储能以及熔盐电池的解决方案。

根据太平洋西北国家实验室的初步测试，在炎热的夏天，长时间电网规模的电池可以利用春天储存的能量降温 （来源：PNNL）

美国太平洋西北国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory，PNNL）最近的一项关于熔盐电池的研究表明，熔盐电池可以将其电量“冻结”数月，然后按需使用。

据研究人员报告称，熔盐电池在3个月内能保留了92%的容量。“目前我们正在进行为期6个月的测试项目。”该研究的第一作者Minyuan“Miller”Li 预计，在这段时间内，电池可保留80%以上的电量。

顾名思义，熔盐电池使用液态熔盐电解液，在室温下结冰，使电池处于非活动状态。当阳极被激活时，作为高导电性的电解液，与熔融的电解质交换。

电池在季节性或长期储存时通常不可靠，因为它们在不使用时会放电。然而，在PNNL研究团队的测试中，熔盐的冻融机制能够避免这个问题。他们分别使用镍和铝作为阴极和阳极的材料，四氯化铝钠（NaAlCl₄）作为熔盐电解液；所有这些采用的都是相对便宜、原料丰富材料。这种电解液的熔点约为157ºC，基本上在室温范围内保持固态。

首席研究员Guosheng Li解释说：“我们希望在可再生能源充足的时候给电池充电，然后我们将电池保持在环境温度下，环境温度会使电池冻结……并关闭自放电，以便长期储存。”他表示，到了使用电池的时候，有几种不同的方法来加热电池。例如，可以使用废热等来激活电池，然后用这些电进行循环加热。

为了展示他们的测试成果，研究人员建造了一个相对较小的，相当于冰球大小的电池。但实际上，因为熔盐电池材料很容易获得，所以，在实际应用中扩大规模没有任何障碍。即便如此，“我们知道（这些）可能不是最好的材料，因此我们的下一个目标是用成本较低的材料取代镍。”Guosheng Li介绍。

铁是他们正在考虑的替代品之一，同时也在考虑电解质的其他选择。目前NaAlCl₄的熔点为157ºC，高于研究人员的预期。“在未来的研究中，我们将致力于低成本材料和相对较低的工作温度，但仍会高于环境温度。”Li表示：“我们想在环境温度下冻结电解液，所以说，70ºC或80ºC（冰点）左右是理想的，如此一来，我们不需要像目前研究中，要将电池加热到180ºC。”

另一位研究报告的合著者Vincent L. Sprenkle补充说明，在熔盐电池潜在的应用方面，其工作温度越低，情况就越好。“我们设想的潜在应用之一是关于关键基础设施的弹性问题。如果你真的能冻结这种自放电机制，那么这些电池系统能在某个地方放置数年，然后在需要时用现成的方法加热。”

PNNL研究团队拟计划于2030年至2035年进行商业应用，尤其是在已部署和运行的系统中使用。换句话说，前面还有一条漫长的路。正如Li所指出的，这个概念证明只是为了看看这项技术是否可行。“如果我们能做一个更精美的实验，我相信能降低温度至刚好高于室温，而且能节省大量能源。”

除了降低工作温度和用成本较低的材料替换堆芯外，研究人员认为，随着规模的扩大，还有其他挑战将变得更加明显。Sprenkle补充道，一个重要的问题是了解储存能量的价值。研究人员指出，为季节性存储而设计的电池每年可能只充电和放电一到两次。与设计用于为电动汽车、笔记本电脑或其他消费类设备供电的电池不同，它们不需要持续数百或数千个循环。