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作者：Maurizio Di Paolo Emilio

硅谷的一家初創(chuàng)公司Gridtential Energy開發(fā)了一種名為Silicon Joule的雙極電池技術，該技術能夠?qū)鹘y(tǒng)的鉛電池轉(zhuǎn)變成功能強大，快速充電，持久的能源，用于車輛，家用電器，家庭和辦公室。Gridtential Energy首席執(zhí)行官John Barton在接受《電力電子新聞》采訪時指出，獲得專利的AGM電池技術Silicon Joule將太陽能晶片處理技術整合到了新的雙極電池架構中，同時使用了現(xiàn)有的電池制造和回收基礎設施。這種高效，低成本和快速可擴展的技術減少了故障，延長了循環(huán)壽命，并大大提高了電源性能。

硅焦耳技術

作為基于鋰離子（Li-ion）電池的替代品，硅焦耳（Silicon Joule）是一種受太陽能啟發(fā)的技術，可振興已經(jīng)可用的鉛電池技術生產(chǎn)設施。更準確地說，Gridtential的新技術用經(jīng)過特殊處理的硅晶片取代了傳統(tǒng)鉛蓄電池中的金屬柵格，并且采用了創(chuàng)新的堆疊式電池架構，可以減輕重量，提高功率性能并延長使用壽命。這導致了前所未有的性能水平，同時保持了鉛的顯著成本優(yōu)勢和可回收利用的能力。

如今，可再生能源存儲系統(tǒng)主要基于鋰離子技術。鋰離子電池具有非常輕的優(yōu)點，同時提供了良好的循環(huán)壽命性能，但其成本仍然很高，并且與鉛技術相比，它們不防火。鋰離子電池儲能系統(tǒng)通常很復雜，因為每個電池的溫度和充電電壓都需要精確監(jiān)控。更重要的是，鋰的開采經(jīng)常引起環(huán)境方面的批評，而且鋰離子電池系統(tǒng)不容易回收利用，因此對于追求可持續(xù)發(fā)展的消費者而言，這并不是最佳選擇。

另一方面，硅焦耳電池可以在一半時間內(nèi)充電，比傳統(tǒng)鉛電池重達30％，并且具有出色的熱穩(wěn)定性，從而簡化了電池管理系統(tǒng)。另一個顯著的優(yōu)勢是，使用成熟且被廣泛采用的回收系統(tǒng)，其回收率達到99.3％。反過來，與鋰離子電池相比，這具有明顯的安全性和可持續(xù)性優(yōu)勢。由于可以使用現(xiàn)有的生產(chǎn)設備制造硅焦耳電池，因此它們可以很快滿足全球?qū)Π踩涂沙掷m(xù)儲能的需求。一些主要制造商已經(jīng)獲得了批量生產(chǎn)硅焦耳電池的完全許可，并且一些國際合作伙伴正在試用這種創(chuàng)新技術，并在自己的工廠中制造和測試電池。

Gridtential Energy說：“我們材料的新穎性在于它可以在太陽能制造設施中制造?！薄拔覀儾捎玫男袠I(yè)已有100多年的歷史，并且將其與新興的行業(yè)相結合，該行業(yè)可以大量生產(chǎn)高質(zhì)量，非常純凈的材料；在過去的幾十年中，太陽能行業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了大規(guī)模的規(guī)?；l(fā)展，并大幅降低了成本?！?/p>

Gridtential的Silicon Joule技術可將經(jīng)過處理的硅晶片替換為傳統(tǒng)的鉛柵，并使用獲得專利的“堆疊和密封”架構將它們結合在一起，能夠提供均勻的電流分布和有效的熱管理，從而大大減少了因硫酸鹽化，腐蝕和柵格增長而引起的故障和故障。。圖1顯示了基于硅焦耳的24 V電池的內(nèi)部結構，并詳細說明了“堆疊和密封”架構。

圖1：24伏硅焦耳電池的內(nèi)部結構

結果是一種先進的AGM鉛蓄電池，與傳統(tǒng)鉛蓄電池相比，其功率密度和放電率提高了5倍，而傳統(tǒng)的鉛蓄電池卻降低了75％的電費（LCOE），從而提供了高性能，而重量卻顯著降低。鋰離子電池的替代品。憑借其靈活的堆疊架構，Silicon Joule電池可適應各種電壓配置，包括12 V，24 V，36 V甚至48 V（單塊形式），適用于不同應用。

Gridtential Energy表示：“雙極電池技術的想法很簡單：在傳統(tǒng)設計中，電流不是橫穿柵極，而是利用硅晶片的整個表面積，從而使電流流過晶片的厚度?！惫杈瑢⑾噜彽碾姵嘏c電解液泄漏隔離開來，但同時又將相鄰的電池電連接。之所以能夠做到這一點，是因為硅是可以導電的材料之一，同時又不滲透硫酸。”

由于諸如硫酸鹽化和柵極腐蝕的失效機理，常規(guī)鉛電池的壽命有限，特別是在高放電速率和深度放電的情況下。這些缺陷限制了它們在可再生能源存儲空間中的廣泛應用。Silicon Joule技術從基本架構水平消除了這些性能限制，并以百分比而不是百分比的形式提高了循環(huán)壽命和功耗。出色的循環(huán)壽命特性如圖2所示，其中將硅焦耳電池的容量保留百分比與傳統(tǒng)的鉛酸AGM進行了比較。