為了將長時(shí)儲(chǔ)能成本降低到0.05美元/千瓦時(shí)，美國能源高級(jí)研究計(jì)劃局(ARPA-E)資助了10個(gè)團(tuán)隊(duì)，這10個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在追求液流電池、氫儲(chǔ)能和其他技術(shù)上的突破。

每個(gè)團(tuán)隊(duì)有自己的研究項(xiàng)目，團(tuán)隊(duì)利用聯(lián)邦政府的撥款取得了一定程度的研究進(jìn)展。研究項(xiàng)目包括用于整周備用的硫流電池，以及一種更有效的將電能轉(zhuǎn)化為氫氣再轉(zhuǎn)化為電能的方法。

根據(jù)美國能源高級(jí)研究計(jì)劃局(ARPA-E)的DAYS項(xiàng)目，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)每千瓦時(shí)0.05美元且可持續(xù)數(shù)日的儲(chǔ)能。

硫流電池

液流電池利用電流產(chǎn)生電解液，電解液可以與電池分開儲(chǔ)存，電解液通過電池的“流動(dòng)”來產(chǎn)生電能。因此，使用液流電池的長時(shí)儲(chǔ)能只需要較大的存儲(chǔ)容量。

Form Energy公司研究這種硫流電池，該公司的目標(biāo)是用比鋰離子電池“便宜10倍或以上”的硫流電池來實(shí)現(xiàn)“整周備份電力”。含水的硫流電池是可充電電池中化學(xué)成本最低的，但其效率也較低。為了提高效率，公司正致力于陽極和陰極的配方、隔膜和物理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

該公司有一個(gè)項(xiàng)目專注于研究硫錳流電池，與勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室、麻省理工學(xué)院和賓夕法尼亞州立大學(xué)是伙伴關(guān)系。

電解氫

田納西大學(xué)諾克斯維爾分校的一個(gè)研究小組致力于提高電能轉(zhuǎn)化為氫氣再轉(zhuǎn)化為電能的往返過程的效率。該小組目前的方法是用電來驅(qū)動(dòng)一個(gè)電解槽，將水轉(zhuǎn)化為氫和氧，然后利用燃料電池中的氫和氧來發(fā)電和供水。

小組首席研究員Thomas博士說表示，制造可再生燃料電池一直以來都是我們的目標(biāo)，這是一種兼具燃料電池和電解質(zhì)功能的單一設(shè)備。但在先前，這些設(shè)備的整體效率很低，因此這個(gè)新項(xiàng)目采取了另一種方法，通過改變電芯中的一種化學(xué)反應(yīng)，繞過效率瓶頸。

研究小組將開發(fā)一種可逆性的燃料電池，將氫和氧轉(zhuǎn)化為液態(tài)過氧化氫而不是水。首先，電被用來驅(qū)動(dòng)可逆性燃料電池，它將過氧化氫轉(zhuǎn)化為氫和氧然后將其儲(chǔ)存起來，如此進(jìn)行循環(huán)。使用過氧化氫代替水的好處是在充放電系統(tǒng)中有更高的效率。

鋅溴液流電池

Primus Power公司在生產(chǎn)溴化鋅流動(dòng)電池，并從加州能源委員會(huì)獲得了400萬美元的撥款，用于增加25 kW、5 h的EnergyPod 2系統(tǒng)的電能。

根據(jù)ARPA-E授權(quán)，Primus Power公司將與哥倫比亞電化學(xué)能源中心合作，通過利用鋅和溴在電池中的行為方式，不需使用分離器來分離帶電的反應(yīng)物。新的配置預(yù)計(jì)將允許所有的電解液儲(chǔ)存在一個(gè)單一的槽中，而非多個(gè)電池，從而減少了系統(tǒng)成本。

熱伏發(fā)電

安托拉能源公司(Antora Energy)將使用電力來驅(qū)動(dòng)電阻式加熱器，將碳?jí)K加熱到2000°C以上。碳?jí)K將被暴露在熱伏板上用于發(fā)電。Antora開發(fā)一種“熱伏發(fā)電熱機(jī)”，通過新型材料以及智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)將面板的效率提高一倍。

鎂錳氧化物發(fā)電

位于密歇根州立大學(xué)(Michigan State University)的研究小組將開發(fā)出一套模塊系統(tǒng)，將鎂錳氧化物(Mg-Mn-O)顆粒加熱到足以釋放氧氣的溫度。為了發(fā)電，該系統(tǒng)將空氣通過粒子(現(xiàn)在是Mg-Mn)引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，釋放熱量來驅(qū)動(dòng)燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)。

熱儲(chǔ)能發(fā)電

在這里，有三個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是提高以熱的形式儲(chǔ)存電能的效率，然后利用這些熱能來驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)組。

美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(National Renewable Energy Laboratory)和科羅拉多礦業(yè)學(xué)校合作，將開發(fā)一種利用電力驅(qū)動(dòng)高性能熱交換器的系統(tǒng)，該熱交換器將把價(jià)格低廉的固體顆粒加熱到1100 ℃以上。這些顆粒被儲(chǔ)存在保溫筒倉中，最長可達(dá)幾天。當(dāng)需要電力時(shí)，熱顆粒將通過流化床熱交換器，加熱工作流體，從而驅(qū)動(dòng)附著在發(fā)電機(jī)上的布雷頓能量聯(lián)合循環(huán)渦輪機(jī)。

布雷頓能源公司將開發(fā)具有成本競爭力的熱儲(chǔ)能系統(tǒng)與創(chuàng)新型的渦輪機(jī)。其中每個(gè)渦輪機(jī)械階段都被設(shè)計(jì)成既充當(dāng)壓縮機(jī)又充當(dāng)渦輪，在充放電周期之間交替使用。通過簡化系統(tǒng)，該方法有望提高效率并降低資本成本。

為了發(fā)電，將使用電力加熱如沙子或混凝土等低成本的材料，然后用產(chǎn)生的熱能加熱液態(tài)二氧化碳，先將其加熱到超臨界壓力，被加熱的超臨界二氧化碳將通過渦輪膨脹來發(fā)電。

加壓地下水發(fā)電

Quidnet能源公司正在開發(fā)一種將水泵入地下承壓巖石，產(chǎn)生高壓的方法。通過ARPA-E的資助，Quidnet可以展示利用地下的高壓水發(fā)電的能力，找到合適的方法使美國的多個(gè)地區(qū)都可以進(jìn)行此操作。

在上述10個(gè)項(xiàng)目中，有5個(gè)項(xiàng)目將在2021年完成，另外5個(gè)將在2022年完成。每個(gè)團(tuán)隊(duì)必須估算一個(gè)完整的系統(tǒng)成本，并參照ARPA-E的0.05美元/千瓦時(shí)的長期存儲(chǔ)目標(biāo)。