液流電池、納米電燃料、3D打印電池，誰將定義下一代電池？
3D打印電池技術發展至今，不僅在“大局”上有不同之處，在最小的微米和納米級別上也有所不同。在納米級別，3D打印技術對電池電極的結構產生了很大影響，這就是能量密度增加的原因。長期以來，“多孔”電極可以提高能量密度，而增材制造非常適合該工藝，這意味著電極中的材料可以構建成三維點陣晶格結構。
3D打印電池離產業化還有一段距離，這條賽道上涌現的是百花齊放的不同技術，本期，3D科學谷與谷友共同了解下一代電池，誰主沉浮？
納米電燃料
© Influit Energy
液流電池
根據新華商學，早在2021年，國家發改委和能源局發布的《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》文件就特別提到，要堅持儲能技術多元化，實現壓縮空氣、液流電池等長時儲能技術進入商業化發展初期。液流電池一直都是長時儲能的“后備軍”，有了政策的加持，液流電池的發展按下加速鍵，逐漸來到了“臺前”。液流電池是一種利用兩種或多種溶解在液體中的活性物質，在離子膜兩側進行氧化還原反應來儲存和釋放能量的裝置。前期礙于產業化困難，液流電池長期停留在實驗室當中。但在2022年，液流電池產業化取得突破性進展，兆瓦級產品量產交付，首個吉瓦時級別項目集采開標，大連液流電池儲能調峰電站一期成功并網等諸多事件，業界看到了發展的曙光。相比起磷酸鐵鋰等新型電池，液流電池其活性物質是單獨儲存在外部儲罐中的液體電解質，輸出功率和儲能容量相互獨立，可拓展性能良好，能夠解決鋰電池儲能兩者不可兼得的問題。
根據新華商學，2023年，液流電池將迎來元年，背后的商業邏輯來自于兩點。
一是磷酸鐵鋰等鋰電儲能的安全性問題解決不了，但液流電池不存在這個“風險”；二是液流電池吃的是“長時儲能”的紅利。據稱，隨著風光新能源并網裝機占比達到31.7%，對調峰能力更強的3-10小時以上長時儲能的需求變得更為強烈，2小時時長的鋰電儲能已經“力竭”，難以滿足4小時以上高峰時段的削峰填谷。于是，商業化程度最高的全釩液流電池恰恰能堪大任，在支撐電網穩定運行中發揮關鍵作用。
納米電燃料
根據“較高端科普”公眾號，2022年8月5日，Influit Energy聯合創始人兼首席執行官John Katsoudas對外宣布：“我們創造了一種基于復合材料的新型液態電池，這種電池是一種納米流體，其中的納米顆粒是電池活性材料，我們稱之為納米電燃料（Nanoelectrofuel，NEF）。NEF使電車像燃油車一樣，通過在電池換液站補液或換液，瞬時補足電量，解決續航焦慮！我們將所有的技術都融合在一起，創造出了世界上第一種可充電、安全的電動燃料，而且這種燃料穩定、安全、可循環、零排放以及可定制。”
NEF的設計采用了Nanoelectrofuel—一種獨特的液體，其中微小的電池活性顆粒可永久懸浮，可在定制的液流電池中多次充電和放電。納米電燃料電池的運行容量比傳統液流電池大得多，它還具有許多其他優勢，其中包括熱安全性、成本更低、效率更高、靈活性和適應性。高能量密度納米電燃料的使用為跨學科的科學探索提供了廣袤的空間，并有望徹底改變儲能現狀。
3D打印電池
根據3D科學谷，傳統的電池制造具有顯著的局限性：能源使用和碳排放、工廠占地面積大、材料浪費和效率低下、供應鏈依賴性、無法定制電池形狀和尺寸、模具成本高、擴張受限。
3D科學谷了解到通過本地化的超級工廠和規避常見供應鏈問題的生產模式，可持續地、經濟高效地大批量生產電池，并具有更大的供應鏈彈性。通過這種新穎的增材制造工藝生產電池，電池可以在國內大規模生產，以快速供應面臨需求激增的行業，例如電動汽車制造商。
電池的 3D 打印是一個令人興奮的領域，具有很大的潛力，特別是在將廢舊材料回收到新能源設備方面。鑒于對電動汽車、電腦、手機等的高需求，利用舊電池的材料進行3D 打印新電池的能力對于維持目前的材料供應可能至關重要。憑借增加的能量密度和緊湊、定制尺寸和形狀的額外好處，3D打印電池可能會改變人類生產儲能產品的方式。
這其中，Sakuu 一直致力于通過3D打印制造最佳固態電池，用于電動汽車和其他應用。Sakuu的WO2019152531A1專利針對單片陶瓷電化學電池外殼，其中包含陽極和陰極接收空間，以及兩者之間的隔板。這能夠帶來更高的充電率，而不會引發鋰電池的安全風險。這是對先前于2020年獲得的兩項電池專利，集成電池堆電池和單片固態電池的補充。這些結構共同提高了固態電池的能量密度，同時不會影響穩定性和壽命。
© Sakuu
除了800Wh/L基準外，目前測試的Sakuu第一代鋰金屬電池在200次循環后還表現出 97% 的高能量保持率。電池在保持無枝晶的同時，預計在循環完成后在800次循環中記錄80% 的保留率。同時，Sakuu正在努力使其增材制造 (AM) 系統能夠大規模生產這些電池。這家初創公司聲稱，其 SSB 可以比目前可用的鋰離子電池小 50%，輕 30%。不僅如此，Sakuu 還認為他們可以以更低的成本進行批量生產，同時由于3D打印技術在成形方面的自由度，帶來了定制形狀和尺寸等好處。
Sakuu預計其第二代全3D打印SSB的能量密度將再次大幅飛躍，樣品電池交付將于 2023 年初開始。世界上第一款由Sakuu 的 Kavian™ 平臺誕生的 3D 打印電池將提供快速、大規模的交付能力，在超級工廠環境中批量生產電池，支持大規模、低成本3D打印電池制造。
Sakuu希望成為人類重塑可持續能源生產的一部分。Sakuu的使命是建立一個由變革性產品驅動的品牌，這些變革性產品可以為社會和環境變化留下有影響力的遺產。
更好的能量密度、可持續發展、熱安全性、成本更低、效率更高、靈活性和適應性，液流電池、納米電燃料、3D打印電池，誰將定義下一代電池？讓我們拭目以待！
參考資料：
1. 液流電池：儲能賽道的下一個寧德時代？/新華商學
2.突破！解決電車安全性和續航問題！電車也能像加油一樣加液態納米燃料電池！
(責任編輯：admin)
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