鋁的儲(chǔ)能潛力，遠(yuǎn)超氫和鋰電池（圖自：SPF Institute for Solar Technology）

據(jù)悉，如果將鋁作為氧化還原循環(huán)電池中的儲(chǔ)能介質(zhì)，其能量密度可達(dá)鋰離子的 50 倍以上。

隨著世界各地正在向著零碳排放努力，廉價(jià)可再生能源的間歇性問題也日漸凸顯。以太陽能為例，光伏面板只有在光照良好的時(shí)段高效收集能量。

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此時(shí)就需要考慮如何將富余的能量，短暫地存儲(chǔ)于某種形式的電池中，以便在太陽落山后再釋放。此類大型儲(chǔ)能項(xiàng)目已在多地部署，并且證明了它們的價(jià)值。

但若將時(shí)間放長到季節(jié)性層面，清潔能源的間歇性會(huì)更加凸顯 —— 離赤道越遠(yuǎn)、冬季的光照就越少。

多年來，瑞士 SPF 太陽能技術(shù)研究所的工作人員們，一直在深入研究基于鋁的氧化還原循環(huán)。

好消息是，在歐盟 Horizon Europe 計(jì)劃和瑞士政府的資助下，他們剛剛啟動(dòng)了一個(gè)名為 Reveal 的新研究項(xiàng)目，并且吸引了來自七個(gè)歐洲國家的九個(gè)合作伙伴。

其實(shí)早在 2020 年，SPF 團(tuán)隊(duì)就已經(jīng)在一份報(bào)告中描述過 —— 一塊 1 m3（35.3 立方英尺）的鋁塊，能夠儲(chǔ)存大約 23.5 兆瓦時(shí)的能量。

這一數(shù)字是鋰離子電池的 50 倍以上，在當(dāng)年可為美國普通家庭供應(yīng) 2.2 年。若從體積換成重量，鋁每公斤鋁亦可儲(chǔ)存 8.7 kWh（約為特斯拉 Model 3 的 33 倍）。

理想中的“低溫鋁制氫”能量轉(zhuǎn)換過程（假設(shè)燃料電池效率為 50%）

當(dāng)然，一整塊鋁用起來實(shí)在不太方便，因而 Reveal 團(tuán)隊(duì)建議換成直徑 1 mm（0.04 英寸）的鋁球來代替。盡管損失了一些體積密度，但每立方米仍可儲(chǔ)能 15 兆瓦時(shí)以上。

當(dāng)然，想要充分利用鋁儲(chǔ)存的能量，還涉及更加復(fù)雜的輸入 / 輸出設(shè)計(jì)。比如在“充電”過程中，多余的可再生能源可用于將氧化鋁 / 氫氧化鋁轉(zhuǎn)換為純金屬。

參考工業(yè)上的電解過程，這需要大約 800℃（1472℉）的溫度。但為了避免傳統(tǒng)冶煉廠的碳排放過程，研究人員也得用到新型惰性電極。

簡單估算的話，研究團(tuán)隊(duì)估計(jì)整套系統(tǒng)的“充電”效率在 65% 左右。但其最大的優(yōu)勢，還是所用的原材料都相當(dāng)豐富、成本低廉（某些廢料）、且易于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。

四個(gè)瑞士城市的（年/月）光照走勢

即使鋁會(huì)在與環(huán)境空氣接觸時(shí)發(fā)生氧化，但氧化層的厚度不到半納米。所以空氣中存放的直徑 1mm 的鋁球，其化學(xué)能損失也遠(yuǎn)低于 1% 。

想要轉(zhuǎn)換的話，也可在較低的溫度下完成 —— 通過小于 100℃（212 ℉）的鋁水反應(yīng)，生成氫氧化鋁與純氫氣。

然后氫氣可直接進(jìn)入 PEM 燃料電池堆并輸出電力，過程中產(chǎn)生的熱量可用于供暖或生活熱水。

若在超過 200℃（392℉）的溫度下運(yùn)行，鋁還可與蒸汽反應(yīng)生成氧化鋁、氫氣、以及更高的熱量水平，且足夠提供給工業(yè)相關(guān)的應(yīng)用。

Reveal 項(xiàng)目提議的鋁“冶煉”儲(chǔ)能 / 目的地釋放“熱與電”的圖解

在 Reveal 的計(jì)劃中，鋁的“充電”過程可在中央冶煉廠完成。之后可批量運(yùn)輸至公寓樓、工業(yè)設(shè)施、甚至個(gè)人住宅以實(shí)現(xiàn)“現(xiàn)場釋放”，期間所需的設(shè)備都相對簡單且易于維護(hù)。

在耗盡“鋁電池”中儲(chǔ)存的能量之后，氧化鋁和氫氧化物還可回爐重造，理想情況下更是可以實(shí)現(xiàn)無限次數(shù)的循環(huán)，因而客戶無需苦惱于任何持續(xù)的原材料成本。

參考今年 2 月的一份報(bào)告，SPF 團(tuán)隊(duì)預(yù)估該項(xiàng)目全生命周期的平均能源成本（LCOE）低至 0.09 歐元 —— 遠(yuǎn)低于近年各種“大電池”儲(chǔ)能項(xiàng)目的 0.15 美元左右。