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美(mei)國(guo)國(guo)家可再生能源實驗室（NREL）研(yan)究員Kerry Rippy發表文章，題目是：These 3 energy storage technologies can help solve the challenge of moving to 100%renewable electricity（這三種儲能技術突破(po)有助于解決向100%可再生電(dian)力轉變）。

近幾十年來，風能(neng)和(he)太陽(yang)能(neng)發(fa)(fa)電的成本大(da)幅下降(jiang)，這也是美國(guo)能(neng)源部預測到2050年可再生能(neng)源將(jiang)成為美國(guo)增長最快的能(neng)源來源的原因之一。然(ran)而(er)，儲存能(neng)量仍然(ran)相對昂(ang)貴。而(er)且，由(you)于(yu)可再生能(neng)源發(fa)(fa)電并非總是可用，儲能(neng)是必(bi)不(bu)可少的。

在美(mei)(mei)國(guo)國(guo)家可再(zai)生能源(yuan)實(shi)驗室(shi)（NREL）最近的一份報告中，研究人員估(gu)計(ji)，到2050年(nian)美(mei)(mei)國(guo)可再(zai)生能源(yuan)存儲(chu)容量將有可能增加(jia)3000%，未來(lai)需要(yao)儲(chu)能技術在三方面(mian)突破來(lai)幫助實(shi)現這一目(mu)標。

更長的放電時間

從用(yong)于小型電子(zi)(zi)產品的(de)堿性電池(chi)到(dao)用(yong)于汽(qi)車(che)和筆記本(ben)電腦的(de)鋰離子(zi)(zi)電池(chi)，大(da)(da)多數人已(yi)經在(zai)(zai)日常(chang)生活的(de)許多方(fang)面使(shi)用(yong)電池(chi)，但電池(chi)仍(reng)有很大(da)(da)的(de)改善(shan)空間。例(li)如，具有長放(fang)電時間（最多10小時）的(de)大(da)(da)容量(liang)(liang)電池(chi)在(zai)(zai)夜間儲存(cun)太陽能(neng)或增加(jia)電動汽(qi)車(che)的(de)續(xu)航里程方(fang)面很有價值，但目前很少(shao)有電池(chi)達到(dao)這(zhe)種水平(ping)，根(gen)據最近的(de)預測，到(dao)2050年這(zhe)種性能(neng)的(de)電池(chi)裝機容量(liang)(liang)可能(neng)超過100千兆瓦(wa)，是(shi)胡佛大(da)(da)壩發電能(neng)力(li)的(de)50倍。

儲能電池(chi)(chi)最大(da)的障礙(ai)之一是(shi)鋰和鈷的供應(ying)有限，而鋰和鈷目前是(shi)制(zhi)造(zao)輕質、高功率電池(chi)(chi)的關鍵。據估計，2050年(nian)世界(jie)上約10%的鋰和幾乎所有的鈷儲量將被(bei)耗盡。此外，世界(jie)上近70%的鈷是(shi)在剛果開采的，開采條件長期以(yi)來被(bei)證明(ming)不盡人意(yi)。

科(ke)學家們正致力(li)于開發鋰和鈷(gu)電池(chi)的(de)回收(shou)技(ji)術，并基于其他材料(liao)設計(ji)電池(chi)。特斯(si)拉計(ji)劃在未來(lai)幾年內生產無鈷(gu)電池(chi)。其他人的(de)目標是(shi)用(yong)鈉代替鋰，鈉的(de)性質與(yu)鋰非常相似，但地球上蘊(yun)藏量要豐富(fu)得(de)多(duo)。

更安全的電池

另一(yi)個優先事項(xiang)是使(shi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)更安全。特(te)別需要改進的(de)領域(yu)是電(dian)(dian)(dian)解質，通(tong)常是液(ye)體，使(shi)得電(dian)(dian)(dian)荷從(cong)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)陽極(ji)或(huo)負極(ji)端子流向陰極(ji)或(huo)正極(ji)端子。使(shi)用電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)時，電(dian)(dian)(dian)解液(ye)中(zhong)的(de)帶電(dian)(dian)(dian)粒子四處移動，以平衡從(cong)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)中(zhong)流出(chu)的(de)電(dian)(dian)(dian)量。電(dian)(dian)(dian)解質通(tong)常含有易燃(ran)材料，如果泄漏可能過熱起火(huo)或(huo)熔(rong)化。

科學家(jia)們正在(zai)開發固(gu)(gu)體(ti)電(dian)解質，這(zhe)將使(shi)電(dian)池(chi)更加堅固(gu)(gu)。顆粒在(zai)固(gu)(gu)體(ti)中(zhong)的(de)移(yi)動比在(zai)液體(ti)中(zhong)的(de)移(yi)動困難得多(duo)，但令人鼓舞的(de)實驗室規(gui)模的(de)實驗結果表明，這(zhe)些(xie)電(dian)池(chi)在(zai)未來幾年內可以用于(yu)電(dian)動汽車，商業化的(de)目(mu)標日期(qi)最早為2026年。

雖然固態電(dian)(dian)池(chi)非(fei)常(chang)適合消(xiao)費電(dian)(dian)子產品和電(dian)(dian)動汽車，但對(dui)于大規模的(de)(de)能(neng)量儲存(cun)，科(ke)學家們正在研(yan)究液(ye)流電(dian)(dian)池(chi)，其電(dian)(dian)解(jie)液(ye)和電(dian)(dian)極都是(shi)液(ye)體(ti)。這(zhe)種技術允許超快(kuai)速(su)充電(dian)(dian)，容易作(zuo)出真(zhen)正的(de)(de)大電(dian)(dian)池(chi)。目(mu)前，這(zhe)些系統非(fei)常(chang)昂貴，科(ke)研(yan)的(de)(de)重點是(shi)降低成本(ben)。

將太陽能儲存為熱量

在(zai)某些情況下，其他可(ke)再生能(neng)(neng)源(yuan)存儲解決方(fang)案的(de)成本低于(yu)電(dian)池(chi)。例如，太陽(yang)能(neng)(neng)光熱(re)(re)發(fa)電(dian)廠使用(yong)(yong)鏡子來(lai)(lai)聚焦太陽(yang)光，從而加(jia)熱(re)(re)數百或數千噸鹽直到(dao)其融(rong)化。然后，這(zhe)些熔鹽被(bei)用(yong)(yong)來(lai)(lai)驅動(dong)發(fa)電(dian)機(ji)，就像煤或核能(neng)(neng)被(bei)用(yong)(yong)來(lai)(lai)加(jia)熱(re)(re)蒸(zheng)汽(qi)和驅動(dong)傳統電(dian)廠中的(de)發(fa)電(dian)機(ji)一樣。這(zhe)些儲熱(re)(re)材(cai)料也可(ke)以在(zai)陰天(tian)，甚(shen)至在(zai)晚(wan)上儲存起來(lai)(lai)發(fa)電(dian)，可(ke)以實(shi)現24小時發(fa)電(dian)。這(zhe)種(zhong)方(fang)案也可(ke)以適(shi)用(yong)(yong)于(yu)非太陽(yang)能(neng)(neng)發(fa)電(dian)技術。例如，風力發(fa)電(dian)產生的(de)電(dian)可(ke)以用(yong)(yong)來(lai)(lai)加(jia)熱(re)(re)鹽，以便在(zai)不刮風的(de)時候(hou)使用(yong)(yong)。

光(guang)熱(re)太陽(yang)能(neng)聚焦發電(dian)(dian)仍然相對昂(ang)貴，為(wei)了與其(qi)他形式的(de)能(neng)源生產和儲存競爭，光(guang)熱(re)發電(dian)(dian)需要提(ti)高效率(lv)。實現這一目(mu)標的(de)一種方(fang)法(fa)是(shi)提(ti)高鹽(yan)(yan)的(de)加(jia)熱(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)，從而實現更高效的(de)電(dian)(dian)力生產。不幸(xing)的(de)是(shi)，目(mu)前使用的(de)鹽(yan)(yan)在高溫(wen)(wen)(wen)下不穩定。研(yan)究(jiu)人員正在努力開發新的(de)鹽(yan)(yan)或其(qi)他材(cai)料，可以承(cheng)受高達705攝氏度(du)的(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)。如何達到更高溫(wen)(wen)(wen)度(du)的(de)一個主要想(xiang)法(fa)是(shi)加(jia)熱(re)沙子而不是(shi)鹽(yan)(yan)，因為(wei)沙子可以承(cheng)受更高的(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)。美國(guo)能(neng)源部最(zui)近根(gen)據這一概念(nian)，為(wei)一個示范(fan)性(xing)光(guang)熱(re)太陽(yang)能(neng)發電(dian)(dian)廠提(ti)供資金。

先進可再生燃料

電(dian)池(chi)可(ke)用于(yu)短期(qi)儲能(neng)，而光熱太陽能(neng)發電(dian)廠有助于(yu)穩定(ding)電(dian)網。然(ran)而，公(gong)用事(shi)業(ye)(ye)(ye)也需(xu)要無(wu)限期(qi)地儲存(cun)大量(liang)能(neng)源，這是氫和氨等可(ke)再生燃料(liao)的(de)作(zuo)用。當風力渦(wo)輪(lun)機和太陽能(neng)電(dian)池(chi)板(ban)的(de)發電(dian)量(liang)超(chao)過(guo)公(gong)用事(shi)業(ye)(ye)(ye)公(gong)司客戶的(de)需(xu)求時，公(gong)用事(shi)業(ye)(ye)(ye)公(gong)司將通(tong)過(guo)剩余電(dian)力生產(chan)這些燃料(liao)來儲存(cun)能(neng)量(liang)。

氫(qing)和氨每磅比電(dian)池含有更多的能量(liang)，可用于運輸重(zhong)型(xing)貨物和運行(xing)重(zhong)型(xing)設備，以及(ji)用于火箭燃料(liao)。目前這些燃料(liao)大(da)多是由天然(ran)氣(qi)或其(qi)他不(bu)可再生(sheng)的化石(shi)燃料(liao)通過(guo)極其(qi)低效的反應制(zhi)成(cheng)的。但到(dao)今天為止，世界上大(da)多數氫(qing)氣(qi)是由天然(ran)氣(qi)制(zhi)成(cheng)的。

科學家們正(zheng)在尋找利用(yong)可再(zai)生電力(li)生產(chan)氫(qing)氣(qi)和其(qi)他燃(ran)料(liao)的方法(fa)，例如可以通過(guo)電分解水分子來制造氫(qing)燃(ran)料(liao)。這(zhe)里關鍵的挑(tiao)戰是優化流程，使其(qi)高效(xiao)、經濟。如果成(cheng)功，氫(qing)能(neng)潛在的回(hui)報是巨大的：取(qu)之不盡、用(yong)之不竭、完全可再(zai)生的能(neng)源。