研究“铁-空气电池”的这家神秘公司,将成为新能源的突破?
2021-10-28 17:33

研究“铁-空气电池”的这家神秘公司,将成为新能源的突破?

本文来自微信公众号:极客公园前沿社(ID:GeekParkFrontier),作者:余不昧、flaash,头图来自:unsplash


2021 年度最大的技术突破或许已经悄然发生:一家名叫 Form Energy 的神秘初创公司表示,它已经开发出一种既便宜又能“多日存储”的铁-空气电池,其成本仅为锂电池的十分之一。


Form Energy 由前特斯拉电池开发负责人 Mateo Jaramillo 和麻省理工学院教授 Ye-Ming Chiang 联合创立,目前融资已超过 3.6 亿美元。投资人名单中不乏微软联合创始人比尔·盖茨和亚马逊创始人贝索斯这样的科技巨头,还有钢铁制造巨头、全球主要铁矿石生产商之一 Arcelor Mittal,后者领投了 Form Energy 的 D 轮融资。


从新闻报道来看 ,Form Energy 一直都很低调,不仅对内部研究保密,也没有对外公布过任何技术或数据,跳过努力自证的环节就能一路拿到融资,我们是否真的可以期待 Form Energy 成为新能源的“突破”?


Form Energy 电池系统概念图


一、Form Energy 为什么能如此“优雅低调”地获得青睐?


根据联合国秘书长安东尼奥·古特雷斯的说法,为了能在 21 世纪中叶实现碳中和,大约到 2030 年太阳能和风能的存量需要增加 1 倍,对可再生能源的投资需要增加 2 倍。


因此,我们非常需要一种能更长期、更大量存储清洁能源的技术,才可以在没有阳光和风的情况下依然稳定供电。这也是 Form Energy 应运而生的市场需求背景。


“我们在相当广泛的范围内引发了关注,因为聪明的投资者也觉得能源转型正在迅速发生,并且看到我们在技术上取得了进展。”创始人 Mateo Jaramillo 说。


不仅在能源转型这个大趋势上押注,投资者们还看中了 Form Energy 两位创始人的履历:


Mateo Jaramillo 以开发了特斯拉 Powerwall 电池而闻名,他拥有哈佛大学经济学学位和耶鲁大学神学硕士学位。他在 2000 年代初迅速转向专注于储能行业,当时他就预见到可再生能源的快速增长,并认为需要有更具有成本效益的方法来储存间歇性的风能和太阳能。


另一位联合创始人 Ye-Ming Chiang 是麻省理工学院的教授,二人曾共同创立了锂电池开发商 A123 Systems。


投资机构 Breakthrough Energy Ventures 的联合主席 Carmichael Roberts 就直言是 Form Energy 的团队背景给了他们投资的信心。


二、可逆生锈——铁-空气电池的技术原理


Mateo Jaramillo 曾在采访中表示:“似乎没有人能真正解决能源市场中存在的巨大差距,如果要抓住这个市场机会,最好创造出一个可以扩展的解决方案,因此我们一直在寻找可以实现多日存储的技术。”


目前,清洁能源主要使用锂电池进行储存,但这种储能方法存在几个缺点:


  1. 原材料开采方式相对复杂:锂电池可能具有较高的能量密度和效率,但它需要多种元素构成,包括锂、钴、镍和锰,而这些元素的开采和提取方式相对复杂,还会产生一些环境破坏的问题。


  2. 成本不低且有安全隐患:锂电池每千瓦时的存储成本为 50-80 美元,大约能够存储 10-15 年。在使用期间,锂电池也容易发生危险的燃烧事件,并且火势难以扑灭(可参考电动车自燃)


  3. 储能有限:到目前为止,锂电池最大的缺点是一次只能向电网释放能量 4 小时。鉴于每天大约有 12 小时的黑暗和其他天气状况,4 小时不足以满足能源供给的需求。


而铁-空气电池能成为一种“拓展的解决方案”的原因是:


  1. 原材料更简单且耐用:它只有两种主要成分,铁和空气,可以持续多达 1 万次循环,而锂电池只能使用 3000 次循环。


  2. 成本更低:铁在地壳中的含量比较高,因此与传统电池所需的各种元素相比,铁的使用成本要低得多。铁-空气电池中的每个电池每千瓦时存储材料只需 6 美元,而完全成型的电池系统每千瓦时的成本将低于 20 美元。


  3. 储能容量大:它是一个可充电 150 小时的系统,大约可以为电网提供超过 6 天的电力。


铁-空气电池通过可逆生锈的技术储电和发电:充电时,电流将铁锈转化为铁,电池释放氧气;发电时,电池从空气中吸收氧气并将铁转化为铁锈。


一个大电池单元可以包含 10-20 组电池,这些电池由 3 个主要部分组成:阳极、阴极和电解质——这些是构成任何电池并使其能够产生和储存电力的主要部件。


阳极由铁粒组成,呼吸空气的阴极位于另一端。这两个部分都浸没在水基电解质中,使进入的空气与铁发生反应。该反应将铁氧化成氢氧化铁,在此过程中释放电子,然后它进一步将铁氧化成锈——这个过程会释放更多的电子。


可逆生锈转化图


每个电池大约有洗衣机的大小,都装满了类似于 AA 电池中使用的电解液那样的不可燃的电解液。数以千计的洗衣机大小的电池模块聚集在电源块中,根据需要,可以将数十到数百个电源块连接到电网中。


三、下一步,进入电网


Form Energy 的下一阶段是升级到电网规模的发电厂,该公司计划于 2023 年建立一个示范工厂,到 2025 年将铁-空气电池接入电网。已经有几家公用事业公司与 Form Energy 就部署铁-空气电池进行了沟通。


铁-空气电池并不能完全代替锂电池,因为它太重太大,并不能使用在手机、电脑和新能源汽车上。更贴切的说法是它会弥补锂电池的一些不足,如果风能、太阳能、核能和地热能与锂电池一起提供世界 80% 的电力,那么最后的 20% 可以用 Form Energy 新改进的技术来解决。


也许仍没有任何一种技术可以取代化石燃料,正如没有一个国家能够完全修复碳排放对气候变化造成的破坏一样。但就像铁-空气电池试图以科技创新的方式完善无碳电网,人类“修复地球”进程的每一步都将为所有生物带来一个更好的未来。


原文链接:

1.Meet the Year’s Biggest Technological Breakthrough

https://t.cn/A6ImcNUP

2.Stealthy battery company backed by Bill Gates, Jeff Bezos has a lot to prove

https://t.cn/A6Imcjp8

3.CEO of iron-air battery maker hopes to close 'multitrillion'-dollar energy market gap

https://t.cn/A6ImcWPH


本文来自微信公众号:极客公园前沿社(ID:GeekParkFrontier),作者:余不昧、flaash

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