瑞士SPF团队欲采用铝氧化还原储能电池来应对季节性储能需求

铝的储能潜力，远超氢和锂电池（图自：SPF Institute for Solar Technology）

据悉，如果将铝作为氧化还原循环电池中的储能介质，其能量密度可达锂离子的 50 倍以上。

随着世界各地正在向着零碳排放努力，廉价可再生能源的间歇性问题也日渐凸显。以太阳能为例，光伏面板只有在光照良好的时段高效收集能量。

此时就需要考虑如何将富余的能量，短暂地存储于某种形式的电池中，以便在太阳落山后再释放。此类大型储能项目已在多地部署，并且证明了它们的价值。

但若将时间放长到季节性层面，清洁能源的间歇性会更加凸显 —— 离赤道越远、冬季的光照就越少。

多年来，瑞士 SPF 太阳能技术研究所的工作人员们，一直在深入研究基于铝的氧化还原循环。

好消息是，在欧盟 Horizon Europe 计划和瑞士政府的资助下，他们刚刚启动了一个名为 Reveal 的新研究项目，并且吸引了来自七个欧洲国家的九个合作伙伴。

其实早在 2020 年，SPF 团队就已经在一份报告中描述过 —— 一块 1 m³（35.3 立方英尺）的铝块，能够储存大约 23.5 兆瓦时的能量。

这一数字是锂离子电池的 50 倍以上，在当年可为美国普通家庭供应 2.2 年。若从体积换成重量，铝每公斤铝亦可储存 8.7 kWh（约为特斯拉 Model 3 的 33 倍）。

理想中的“低温铝制氢”能量转换过程（假设燃料电池效率为 50%）

当然，一整块铝用起来实在不太方便，因而 Reveal 团队建议换成直径 1 mm（0.04 英寸）的铝球来代替。尽管损失了一些体积密度，但每立方米仍可储能 15 兆瓦时以上。

当然，想要充分利用铝储存的能量，还涉及更加复杂的输入 / 输出设计。比如在“充电”过程中，多余的可再生能源可用于将氧化铝 / 氢氧化铝转换为纯金属。

参考工业上的电解过程，这需要大约 800℃（1472℉）的温度。但为了避免传统冶炼厂的碳排放过程，研究人员也得用到新型惰性电极。

简单估算的话，研究团队估计整套系统的“充电”效率在 65% 左右。但其最大的优势，还是所用的原材料都相当丰富、成本低廉（某些废料）、且易于储存和运输。

四个瑞士城市的（年/月）光照走势

即使铝会在与环境空气接触时发生氧化，但氧化层的厚度不到半纳米。所以空气中存放的直径 1mm 的铝球，其化学能损失也远低于 1% 。

想要转换的话，也可在较低的温度下完成 —— 通过小于 100℃（212 ℉）的铝水反应，生成氢氧化铝与纯氢气。

然后氢气可直接进入 PEM 燃料电池堆并输出电力，过程中产生的热量可用于供暖或生活热水。

若在超过 200℃（392℉）的温度下运行，铝还可与蒸汽反应生成氧化铝、氢气、以及更高的热量水平，且足够提供给工业相关的应用。

Reveal 项目提议的铝“冶炼”储能 / 目的地释放“热与电”的图解

在 Reveal 的计划中，铝的“充电”过程可在中央冶炼厂完成。之后可批量运输至公寓楼、工业设施、甚至个人住宅以实现“现场释放”，期间所需的设备都相对简单且易于维护。

在耗尽“铝电池”中储存的能量之后，氧化铝和氢氧化物还可回炉重造，理想情况下更是可以实现无限次数的循环，因而客户无需苦恼于任何持续的原材料成本。

参考今年 2 月的一份报告，SPF 团队预估该项目全生命周期的平均能源成本（LCOE）低至 0.09 欧元 —— 远低于近年各种“大电池”储能项目的 0.15 美元左右。