NREL開發新型鋰離子電池設計 促進固定儲能系統發展

蓋世汽車訊 為了實現到2050年實現凈零碳排放的目標，人們比以往更加依賴電網。在電網出現波動時，固定儲能系統能夠隨時隨地提供來自可再生能源的電力，具有重要意義。

（圖片來源：NREL）

為了充分降低費用和對電網的依賴性，未來的節能建筑將逐漸轉向整體電表后端（behind-the-meter）儲能系統設計。這類系統能夠整合電動汽車充電、光伏發電和建筑需求，利用可控負載現場發電和儲能。

據外媒報道，作為美國能源部電表后端系統聯盟（BTMS Consortium）的一部分，國家可再生能源實驗室（NREL）的研究人員正在引領開發新型鋰離子電池設計，以滿足固定儲能的特定要求。項目負責人Yeyoung Ha表示：“大家都很熟悉鋰離子電池，但各類應用對電池的要求不同。此次研究著眼于如何利用電動汽車電池方面的研究進展，發展固定儲能新應用。 ”

相較于典型的電動汽車，BTMS系統擁有不同的充放電模式。為了滿足這些獨特的要求，需要用到各類鋰離子電池材料。在鋰離子電池設計中，采用Li4Ti5O12（LTO）負極和LiMn2O4 （LMO）正極的設計，是很有前途的無稀缺材料（critical-material-free）候選電池，能夠提供BTMS系統所需的安全性和長使用壽命。傳統設計中的電芯，能量密度相對較低。在這項新研究中，NREL深入探討在固定儲能應用中使用LTO/LMO電池電芯的前景和局限性。

該項目評估在不同電極負載下LTO/LMO電芯對溫度的依賴性。研究人員發現，在電池設計中使用較厚的電極，可以提高電芯性能和能量密度，同時從整體上降低電芯成本。但是，使用較厚的電極，離子需要通過的路徑更長，從而限制了電極的使用。調整溫度，可以緩解負面影響，但也可能出現別的問題。竅門在于設計一種能為固定應用提供最佳平衡的電池。研究人員表示：“這項研究旨在找到一個‘最佳點’，以利用電極負載和溫度升高的優勢，充分提升LTO/LMO電池電芯的性能。研究人員針對BTMS改良材料設計，將這種廣為人知的電力化學轉化為能源電芯。”

該團隊通過電化學建模，模擬在不同溫度和電極厚度下發生的反應，進一步驗證其研究結果。該模型與實驗結果保持一致，強調輸送限制產生的影響，旨在找到提高電芯性能的策略。在放電過程中允許電池間歇休息，而不是像在電動汽車中那樣完全放電，可以明顯提升電極利用率。研究人員發現，這種脈沖放電方式，非常適合BTMS固定應用。這類應用只在有間歇性需求時使用電池，然后就過渡到休息階段。

這些優化后的LTO/LMO電池電芯具有諸多優勢。但是，該團隊還在探討能夠更好地滿足BTMS系統需求的正極選項。NREL將在材料開發方面的專業知識與該項目中使用的尖端電化學建模相結合，以簡化研究過程，深入了解新材料和固定儲能等領域的實驗電池設計。