因为太阳在晚上不发光，但我们所有的屏幕都发光，所以我们需要能量储存来将白天的太阳能生产转移到晚上需要的时候。为了应对这种可再生能源的间歇性，我们不能依赖风力发电，风能也不是恒定的;因此，成千上万个集装箱大小的锂离子电池已经安装在世界各地的电网中。
加州独立系统运营商CAISO已经看到了巨大的成功与他们的电池系统。在去年9月的热浪中，当每个人下班后都打开空调，需求达到顶峰时，他们的电池提供了3.3吉瓦的电力，占总电力供应的6.8%。这有助于稳定电网，防止重可再生能源的加州电网停电。
电网规模的电池储能系统(BESS)通常部署在农村地区，通常靠近大型太阳能发电场，土地成本只占预算的一小部分，安全风险很容易降低。然而，大型BESS也必须部署在人口稠密的地区。生产和需求之间的时间不匹配是显而易见的，但也存在位置不匹配的事实却鲜为人知。
整个电网的需求并不是均匀的，如果最便宜的能源不能自由地流向需要它的地方，拥堵费就会导致能源成本飙升。因此，靠近战略电网节点的BESS可以帮助管理拥塞，而不会产生新建昂贵输电线路的成本。
在这里，电池化学变得高度相关，因为安全性和占地面积是至关重要的设计考虑因素，例如，在住宅区。如果你在居民区安装了几兆瓦的电池，它们最好是安全的。
锂离子电池的操作非常安全，据报道电池的失败率低于千万分之一。然而，在兆瓦级的规模上，风险增加了，因为每个BESS单元中大约有150,000个单独的电池。在公司与极低的电池故障率相比，锂离子电池电池单元的故障率接近千分之一。在这里，失败意味着过热，火灾，有毒气体，在最坏的情况下，爆炸。
一个关键问题是最先进的锂离子电池中使用的易燃电解质。大规模应用的一种很有前途的方法是使用本质上不易燃的水基电解质。该团队表示:“市面上有很多水性电池的化学成分和结构，但它们的能量密度都不及锂离子电池。”
例如，氧化还原液流电池是一种很有前途的电网级存储技术，因为它们具有高度的可扩展性。液流电池不是将能量储存在固体电极中，而是使用液体电解质通过电化学电池泵送来提供能量。这些电解质是不可燃的，因为它们是水基的，这使得液流电池本质上是安全的。但低能量密度通常被认为是该技术的主要限制。
对于液流电池，能量密度与活性物质的溶解度密切相关。我花了两年的时间研究提高活性材料的溶解度，这是非常具有挑战性的。我想知道，如果我们可以建造高大的电解液罐或堆叠电池容器，因为化学反应非常安全，那么对于大型装置来说，电池级能量密度有多重要?
我在谷歌地球上找到了全球兆瓦级的BESS。“通过卫星图像，我测量了这些设施的占地面积。我发现，锂离子电池和液流电池在很多情况下，单位面积的能量容量(或每平方米千瓦时)是相当的。但在细胞水平上，它有一个数量级的不同。
在电网规模安装中，BESS足迹与电池级能量密度的分离突出表明，该度量对于该应用程序相当不重要。对于其他用例，例如家用电池，则是另一回事。
最终还是成本问题。我们的数据真正显示的是，目前的水性化学物质具有足够高的能量密度，我们需要更多地关注寿命、可扩展性、自动化制造性、可回收性和供应链安全等方面，而不是放弃任何一种基于某种炒作的能量密度指标的技术。
与人们的直觉相反，由于土地有限，在BESS需要垂直扩展的应用中，水基电池可能是极好的竞争者。本质上不易燃的系统可以部署在人口稠密的地区，甚至在多用途建筑物内。这为最先进的锂离子电池电池打开了大门。
没有一种适合所有可能用例的万能电池技术，但以安全为重点的兆瓦级解决方案显然已经到来，研究工作需要更多地关注成本、使用寿命和可制造性，而不是能量密度。
这个故事是科学X对话的一部分，研究人员可以在这里报告他们发表的研究文章的发现。请访问此页面了解有关ScienceX对话框的信息以及如何参与。
更多信息:David Reber等人，超越能量密度:由安全和位置驱动的液流电池设计，能源进展(2023)。DOI: 10.1039 / D3YA00208J
David Reber是瑞士联邦材料科学与技术实验室(Empa)的SNSF Ambizione小组负责人。在担任现职之前，Reber博士是科罗拉多大学博尔德分校Michael Marshak教授小组的博士后。在Corsin Battaglia教授和Frank n
引用:能量密度对电网规模电池的作用(2023,August 4)， 2023年8月4日检索自https://techxplore.com/news/2023-08-role-energy-density-grid-scale-batteries.html本文档
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