中國儲能網訊：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(tǒng)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(jié)能建筑將逐漸轉向整體電表后端（behind-the-meter）儲能系統(tǒng)設計。這類系統(tǒng)能夠整合電動汽車充電、光伏發(fā)電和建筑需求，利用可控負載現場發(fā)電和儲能。
據外媒報道，作為美國能源部電表后端系統(tǒng)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(fā)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(fā)展固定儲能新應用。 ”
相較于典型的電動汽車，BTMS系統(tǒng)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(tǒng)所需的安全性和長使用壽命。傳統(tǒng)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(fā)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(yōu)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(fā)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(fā)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(yōu)化后的LTO/LMO電池電芯具有諸多優(yōu)勢。但是，該團隊還在探討能夠更好地滿足BTMS系統(tǒng)需求的正極選項。NREL將在材料開發(fā)方面的專業(yè)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。
