采用低成本和可回收技術(shù)促進(jìn)電氣化的鋰離子替代品

硅焦耳是由 Gridtential Energy 創(chuàng)建的一種先進(jìn)的雙極電池技術(shù)。它可以將標(biāo)準(zhǔn)鉛電池轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱悠?、電器、家庭和辦公室的強(qiáng)大、快速充電、持久的能源。Silicon Joule 是一項獲得專利的 AGM 電池技術(shù)，它將太陽能晶片加工技術(shù)融入新的雙極電池架構(gòu)中，同時還使用現(xiàn)有的電池制造和回收基礎(chǔ)設(shè)施。它可以減少故障、延長生命周期并提高電源性能。

硅焦耳技術(shù)

作為鋰離子電池的替代品，硅焦耳是一種受太陽能啟發(fā)的技術(shù)，可以利用現(xiàn)有的鉛電池技術(shù)生產(chǎn)設(shè)施。更準(zhǔn)確地說，Gridtential 的新技術(shù)用經(jīng)過特殊處理的硅片和創(chuàng)新的堆疊電池架構(gòu)取代了傳統(tǒng)鉛電池中的金屬網(wǎng)格，能夠減輕重量、提高功率性能并延長循環(huán)壽命。這導(dǎo)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。今天，安裝在電動和混合動力汽車上的大多數(shù)電池，如許多小家電、工具和消費(fèi)設(shè)備，主要基于鋰離子技術(shù)。鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)是很輕，性能很好，電動汽車中非常重要的特性，其中每個組件都有助于提高效率，從而提高車輛的自主性。然而，鋰離子電池也存在一些缺點(diǎn)，包括需要準(zhǔn)確監(jiān)測其溫度和充電過程（以避免可能發(fā)生爆炸的危險）、回收過程的復(fù)雜性和成本以及電池的本質(zhì)。所需的原材料，例如鋰，其從底土中提取常常是環(huán)境批評的來源。

另一方面，硅焦耳電池的充電時間縮短一半，重量比傳統(tǒng)鉛電池輕 30%，并且具有出色的熱穩(wěn)定性，簡化了電池管理系統(tǒng)。另一個顯著優(yōu)勢是它們能夠使用經(jīng)過驗證且廣泛采用的回收系統(tǒng)進(jìn)行 99.3% 的回收。反過來，與鋰離子相比，這可以創(chuàng)造明顯的安全性和可持續(xù)性優(yōu)勢。由于硅焦耳電池可以使用現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備制造，因此它們能夠很快滿足全球?qū)Π踩涂沙掷m(xù)能源存儲的需求。一些主要制造商已經(jīng)獲得了大規(guī)模生產(chǎn)硅焦耳電池的完全許可，一些制造國際合作伙伴正在試驗這項創(chuàng)新技術(shù)，在他們的工廠中離線生產(chǎn)電池。

Gridtential 的硅焦耳技術(shù)用經(jīng)過處理的硅晶片代替了傳統(tǒng)的鉛柵，并使用獲得專利的“堆疊和密封”架構(gòu)將它們結(jié)合起來，能夠提供均勻的電流分布和高效的熱管理，從而大大減少由硫酸鹽化、腐蝕和網(wǎng)格引起的故障和故障生長。圖 1 顯示了基于硅焦耳的 24V 電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及“堆疊和密封”架構(gòu)的細(xì)節(jié)。

“有趣的是，我們的新型材料可以在太陽能晶片制造設(shè)施中制造。因此，我們正在做的是，我們正在利用一個已有 100 多年歷史的行業(yè)，我們正在利用它來對抗一個具有如此大規(guī)模和如此成熟的新興行業(yè)，該行業(yè)已經(jīng)在高品質(zhì)、非常純凈的材料”，Grindtential Energy 的首席硅工程師 Collin Mui 說。

結(jié)果是一種先進(jìn)的 AGM 鉛電池，與傳統(tǒng)鉛電池相比，其功率密度高達(dá) 5 倍，放電率高達(dá) 2 倍，平準(zhǔn)化電力成本 (LCOE) 降低 75%，以顯著降低的重量提供高性能，創(chuàng)造了有吸引力的鋰離子的替代品。由于其靈活的堆疊架構(gòu)，硅焦耳電池可以適應(yīng)各種電壓配置，包括 12V、24V、36V 甚至 48V 的單塊外形尺寸。

“我們所做的是將電池單元之間的壁用作導(dǎo)電元件：我們在一側(cè)放置正極材料，在另一側(cè)放置負(fù)極材料。因此，發(fā)生的情況是我們在電池的整個中間進(jìn)行橫向傳導(dǎo)，這充當(dāng)了傳導(dǎo)路徑。我們之所以能這樣做，是因為硅的特性，這是一種導(dǎo)電材料，可以在硫酸中暴露 20 多年而不會受到影響”，Collin Mui 說。

與鉛電池因硫酸鹽化而壽命有限不同，硅焦耳技術(shù)可實現(xiàn)更均勻的操作，從循環(huán)次數(shù)為 100 次的電池到循環(huán)次數(shù)為 1000 次的電池，充電速度提高一倍并提供 5 到 10 次倍的力量。循環(huán)壽命突出特性如圖 2 所示，其中硅焦耳電池的容量保持百分比與傳統(tǒng)的鉛酸 AGM 進(jìn)行了比較。

圖 2：循環(huán)中容量保持率的百分比

應(yīng)用

基于硅焦耳技術(shù)的電池因其頂級性能、長續(xù)航時間和高靈活性，適用于廣泛的儲能應(yīng)用，包括小型混合動力和電動汽車、個人出行和家庭儲能。市場應(yīng)用可按電池電壓分組如下：

24V 深循環(huán)（已可用）：電動掃地機(jī)、踏板車、輪椅、騎乘式割草機(jī)、電動自行車

12V 電源（從 2021 年第二季度開始提供）：power-sports SLI、汽車啟停和 EV 輔助

48V 深循環(huán)（2H 2021 可用）：高爾夫球車、e-tuk-tuks、可再生能源存儲、電信、數(shù)據(jù)中心備份、微電網(wǎng)

48V 電源：（2021 年 2 月上市）：輕度混合動力、EV 輔助、ADAS、啟停、信息娛樂和再生制動。

審核編輯：郭婷