液态金属电池明年将上线

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对于任何可以作为电网可再生能源存储可行选择的电池来说，成本都是一个至关重要的变量。麻省理工学院研究人员的一项分析（https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30300-9）表明，如果电网完全由风能和太阳能供电，每千瓦时的储能成本仅为20美元。根据太平洋西北国家实验室的一份报告，一个完全安装的100兆瓦、10小时电网存储锂离子电池系统现在的成本约为405美元/千瓦时。然而，现在，计划于2024年在现实世界中部署的液态金属电池可以大大降低储能成本。

材料化学家、麻省理工学院名誉教授Donald Sadoway多年来一直将负担能力放在首位，因为他发明了许多电池，包括最近的铝硫电池。低成本也促使他发明了含有熔融金属电极和熔盐电解质的液态金属电池，并于2010年共同创立了初创公司Ambri，开始将其商业化。

该公司表示，Ambri的电网电池的成本为180美元/千瓦时至250美元/千瓦小时，具体取决于电池的大小和持续时间。但根据Sadoway及其同事于2021年10月发表在《可再生能源与可持续能源评论》杂志（https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032121006729）上的一篇论文，到2030年，其预计成本约为21美元/千瓦时。马萨诸塞州马尔伯勒市的这家公司现在正准备进行第一次公用事业安装。Ambri和公用事业公司Xcel Energy将于2024年初开始在科罗拉多州奥罗拉安装一个300千瓦时的系统；该系统应在当年年底前全面投入运行。

Sadoway说，与锂离子电池相比，液态金属电池的低成本源于更简单的材料、化学和系统设计，以及更长的寿命。“液态金属电池的概念使其在固定存储方面具有独特性。它不像锂那样易燃。而且它能抵抗容量衰减。在多年的运行时间后，我们已经获得了数千次充电循环的数据。这种电池应该使用20年，仍能保持95%的容量。”

传统的电池通常由两个固体电极（在锂离子电池的情况下是石墨和锂金属氧化物）和一种液体电解质，以及隔膜、膜和其他增加成本的元件制成。在充电和放电循环期间，当电解质中的离子流入和流出电极时，固体材料膨胀和收缩。随着时间的推移，重复的体积变化会使颗粒破裂，导致电池容量下降。

Ambri的液态金属电池由三层基于密度堆叠在一起的液体层组成。最致密的熔融锑阴极位于底部，轻质钙合金阳极位于顶部，中等密度氯化钙盐电解质位于在中间。Sadoway说：“这里有三层，它们分开是因为它们不混溶。”

Sadoway说，液态金属设计需要更少的成分，化学成分依赖于合金化，因此不会出现固体材料分解。在放电过程中，钙阳极释放钙离子，钙离子通过电解质移动到阴极，在阴极形成钙锑合金。充电过程中，此过程会反转。“没有隔膜，没有分离器，”Sadoway说，“所有这些简单的元素都与弹性相吻合。”

10年前，当IEEE Spectrum首次报道Ambri（https://spectrum.ieee.org/a-liquid-metal-battery-for-grid-storage-nears-production）时，该公司正在考虑将锂或镁作为阳极。Sadoway说，改用钙是为了降低成本。

然而，电池其新颖化学成分的一个缺点是部署过程漫长。Sadoway说：“当我们开始商业化之旅时，没有人可以依靠。锂离子制造业取得的所有惊人进展在这种情况下几乎都不适用。化学成分不同，形状因素也不同。所以我们必须研发一切，包括制造机械。”

该公司现在从微软订购了大量电池，微软希望不再将柴油发电机作为其数据中心的备用能源，该公司去年测试了Ambri的电池。

随着Ambri规模的扩大，它必须确保锑的稳定供应。据投资者英特尔称，目前全球近90%的锑来自中国、俄罗斯和塔吉克斯坦。2021年8月，Ambri与美国为数不多的锑生产商之一Perpetua Resources签署了供应协议。

加拿大矿产勘探公司Molten Metals Corp.也在北美寻求锑生产。该公司拥有新斯科舍省一座自20世纪60年代以来被废弃的锑矿的采矿权。Molten Metals的代表Brooklyn Reed表示，该公司正在与现有的土地所有者合作，以重启采矿业务。

Sadoway说：“如果已经满足了市场需求，你就不会致力于寻找更多的资源了。我们目前可以满足锑的需求，供应可以跟上增长的步伐。随着这些需求的增长，我们可以转向寻找更多。我们的需求不会超过地壳中的可用资源。”