GE押寶“綠色”電池
很多人拿著廢舊電池不知如何處理?傳統鉛酸電池易造成鉛污染的概念深入人心,卻沒有有效的回收途徑。你也許看好電動汽車卻擔心電池動力?最常應用在機動車上的鋰電池不穩(wěn)定、價格高已成為阻礙電動汽車普及的瓶頸。
如今,GE經過11年研發(fā),投入超過4億美元的鈉鹽電池(Durathon)正在位于美國紐約州的工廠緊鑼密鼓地生產,這種更環(huán)保、更高效、更便宜的新型電池成為GE重點研發(fā)和商業(yè)推廣的明星產品,力圖在競爭激烈的新型蓄電產品中占得一席之地。
這項起源于20世紀80年代石油危機的技術由GE重新啟用,通過GE全球研發(fā)中心整合美國、印度、中國研發(fā)中心的四五十位科學家參與,不斷優(yōu)化其中的化學反應機制和材料,并在2012年8月實現商業(yè)化突?破。
綠色電池創(chuàng)想
儲能技術是發(fā)展智能電網的重要技術支撐,在大規(guī)??稍偕茉唇尤?、用戶智能化和互動化,以及傳統電網升級方式的變革等領域發(fā)揮至關重要的作用。
GE研發(fā)的鈉鹽電池也可以稱為納鎳電池,主要原料是氯化鈉和鎳。鈉鹽電池的能量密度是傳統鉛酸電池的兩倍,并可以深度放電3500次以上,使用壽命是鉛酸電池的10倍,
與傳統鉛酸電池相比,鈉鹽電池在使用過程中不會有廢氣和廢液產生。裝配過程也不包括重金屬水溶液操作,不排放有毒廢液,因此也不會產生傳統電池工廠造成的重金屬污染,尤其是鉛污染問題。此外,鈉鹽電池可以經過類似傳統金屬熔煉的過程最后實現完全回收??梢哉f,鈉鹽電池是一種綠色電池,并已從第三方獲得GE“綠色創(chuàng)想”認證。
而與廣泛使用的鋰電池相比,在能量密度和循環(huán)周期上,鈉鹽電池都比鋰電池略高,由于原料容易獲取,大規(guī)模制造后將比鋰電池更具成本優(yōu)勢。目前鋰電池成本大約為600美元/每千瓦時,而GE短期內的目標是將其降至500美元/每千瓦時。如考慮使用壽命,鈉鹽電池的成本甚至有望和傳統鉛酸電池競爭,全生命周期的經濟性更?強。
另外,如果應用到機動車、船舶等交通工具上,鈉鹽電池不存在鋰電池易發(fā)生起火爆炸的危險,氯化鎳本身可作為非常好的滅火材料。這種電池的性能在-20℃到60℃的環(huán)境下都不會受影響,并且因為擁有智能化的電池管理系統還可以有效防止電池過?充。
GE從2000年后開始投資混合動力技術,當時的想法是,為GE交通運輸部門的采礦車、火車頭、船舶等產品提供更加強勁可靠的動力支持。
2007年,GE收購了英國的BetaR&D公司,這家公司的發(fā)起人之一JLSudworth從20世紀60年代起開始從事鈉鹽電池的研究,是此項技術的重要奠基人之一。憑借著BetaR&D公司的技術積累,配合GE全球研發(fā)中心的研究,通過優(yōu)化電池結構設計、改進核心部件以及優(yōu)化電化學反應機制,GE有效提高了電池的功率密度和安全性能。
2010年,鈉鹽電池項目獲得了GE當年的年度大獎Whitney技術成就獎,標志著這項技術進入了相對成熟的階段。不過這種新型的電池還不是十全十美,它的薄弱環(huán)節(jié)是功率密度低,所以現階段也不適合安裝在機動車上,還未能實現GE的初衷。
不過GE公司并未停止研發(fā)高功率的鈉鹽電池,GE的科學家宣布攜手福特汽車公司和密歇根大學,共同開發(fā)智能微型傳感系統。GE表示有了更好的傳感器和全新電池分析系統,相信能夠在延遲電池壽命上取得重大進展,這也將降低電動車的整體成本和購買電動車的補貼。
布局電信、電廠、電動車
從研發(fā)之初,GE就在布局這項新技術如何進入商業(yè)領域進行實際應用。就如其董事長兼首席執(zhí)行官伊梅爾特所說:“我們不僅僅發(fā)明了一種新電池,更是創(chuàng)造了一項新業(yè)務。”GE團隊開始設計高效生產電池的先進制造流程,同時開發(fā)進入市場的戰(zhàn)略,以確保順利到達客戶群。
2012年中,Megatron Federal公司與GE簽署了購買6000塊電池的采購合同,并將于2013年交付。Megatron Federal公司是一家位于南非約翰內斯堡的工程公司,主要產品和服務涵蓋發(fā)電、輸配電和電信領域。GE的先進電池將能確保尼日利亞電信設施的持續(xù)運營,同時有助于柴油發(fā)電機供能電信塔的燃料消耗和排放最多降低50%。
該公司電信部門經理BrandonHarcus說:“使用Durathon電池后,我們節(jié)約的成本是巨大的,每個電話塔20年間大約節(jié)省130萬美元?!?/P>
2012年第四季度,GE還為美國公用電力客戶安裝了首個電池儲能系統。鈉鹽電池的商業(yè)化應用已經邁出實際步伐。
設計的初衷是為汽車提供動力,但實際的市場切入點卻是電信企業(yè),尤其是在那些電力基礎設施并不完備的新興市場,比如尼日利亞、肯尼亞、印度尼西亞和越南,鈉鹽電池更具有發(fā)揮的空間。
在未來全球的能源生態(tài)系統中,電池及相關的儲能技術將會成為至關重要的一個環(huán)節(jié)。于是,GE在交通運輸事業(yè)部下面成立了獨立的能源存儲部門,意圖拓展鈉鹽電池的應用領域。而且與電動車市場相比,電信為代表的固定備用電源市場現在更為成熟,市場容量也要更大,因此GE決定以此入?手。
鈉鹽電池的另外一塊戰(zhàn)場是GE有著深厚積累的電力領域,這也是一塊含金量巨大的市場。
讓許多大型電力公司頭疼的問題是電力負荷峰谷差太大,負荷高峰時經常需要拉閘限電,而低谷時,則需要關閉許多機組,這不僅會增加能耗,而且將影響機組的壽命。解決這一問題的方法就是將夜間多余的電量儲存起來在白天使用。目前電力公司采用的方式主要是抽水蓄電,但這種方式有諸多限制,并不易普及。儲能電池因為部署簡單靈活,因而有更好的前景。GE透露,2012年第四季度在公用事業(yè)領域的第一個微電網儲能系統已建立。
如今,GE還未進入電動車領域。因為目前全球的電動車市場發(fā)展還處在非常初級階段,各種技術競爭相當激烈,鈉鹽電池在電動汽車領域并無明顯優(yōu)勢,成熟度和NGK的納硫電池相比還存在差距。
當然,GE并沒有忘記混合動力機車市場,等到時機成熟,也許是第二代、第三代鈉鹽電池,就可以為新一代高能效汽車、火車機車和礦用車輛、船舶等領域的混合動力交通提供儲能。隨著新業(yè)務的增加,鈉鹽電池在替代傳統電池的同時,也能減少后者對于環(huán)境的危害。