【安泰科研究】锌电池-储能不能忘记

时间:2021-03-26 13:15:58          访问次数:0

       提起新能源电池,人们一般首先想到的是镍、钴和锂,这些金属材料正值动力电池所青睐。其实锌在储能领域的应用也在徐徐走来。

       锌电池能量密度高、成本低,但近年技术缺少实质性突破,热度逐渐转淡。而在2021年国际锌大会上,国际锌协会(IZA)提出的锌电池计划,令锌电池又重新回到市场视野当中。IZA执行总监Andrew Green表示,为确保电力供应,随着储能产业发展,未来10年对可充电电池中锌的需求量将成倍增长。2020年储能电池用锌量仅为600吨,预计到2030年将增至7.75万吨,到2035年,整个锌储能市场的市值有望增长至5000亿美元。IZA认为,锌电池在固定电池市场的份额将从2020年的1%增至2025年的5%、2030年的20%。储能领域有望成为锌消费未来新的增长点。

       众所周知,锌主要用于钢铁防腐,与钢铁等传统领域关联密切,其在新能源领域的应用还没有引起注意,而锌在这方面具有独特的优势:丰富的资源,相对低廉的价格以及成熟的技术。

       首先在资源方面,根据USGS数据显示,锌的资源储量达19亿吨,相比于锰13亿吨,镍3亿吨,锂8600万吨,钒6300万吨,锌的资源优势明显,主要分布在澳大利亚、中国、秘鲁、墨西哥、哈萨克斯坦、印度和美国等七个国家,这七个国家约占全球总储量的80%。这对于稳定的获取资源至关重要。

       其次,在过去的20年里,锌价相对稳定和低廉。通过比较几个关键金属近五年来的价格走势我们发现,锌价的波动是最小的,价格最高涨幅仅为100%左右,而同期五氧化二钒价格飙涨9倍,钴价和锂价分别上涨3倍多,因此,锌电池成本远远低于镍,锂,钒电池。根据测算,锌在储能领域的原料成本仅为锂离子的1/8、钒的1/20。

                                                                                        

图1 不同金属的电池成本

资料来源:2021 IZA Conference

       最后,锌电池技术在不断进步。Zinc8 Energy Solutions开发了使用锌和空气作为燃料的电池技术。解决了风能和太阳能等可再生能源的间歇性和不可预测性。该公司已经获得了一种可充电存储系统的专利,该系统以颗粒锌的形式高效地存储能量,并且不含传统的高成本材料,如锂、钒或钴。该技术具有高能量密度(在实验室实验中高达200Wh/kg)和较低的生产和处理成本,因此,它允许以较低的价格进行存储,并且可以在广泛的可扩展应用中实施。此外,ZincFive公司研究出了一种锌镍电池,是一种高功率密度的电池,在较宽的温度范围内具有快速充放电能力,且不存在热量损失的风险。与普通铅酸解决方案相比,它们的高功率密度显著降低了任何备用电池的体积和重量。锌镍电池的使用寿命超过10年,维护要求最低,锌镍电池的总体拥有成本较低,但年维护成本较高。

图2 NiZn电池技术与UPS应用的铅酸和锂离子技术的比较

资料来源:ZincFive Company

       综上,储能电池提供独立的电源,允许任何系统方便、可靠和自由移动。目前,锌电池已经达到了非常高的效率,技术可以在功率、储能、尺寸和重量方面取得新的成果。同传统锂电池相比,锌电池的储存能量要大一倍,价格也更便宜,安全又环保。但是,由于近几年对于其他电池材料的投资较为火热,而锌电池材料的关注度不高,缺乏投资,且配套的基础设施相对薄弱,进展较为缓慢,迄今为止,在非洲偏远地区分布式小电站,在台湾等部分地区公共汽车和摩托车上已有过商业化示范应用。未来,随着技术的进一步发展,配套设施的成熟,锌电池在新能源领域将逐步得到拓展。


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