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探討:鋁空氣電池應用於船舶

2022年2月,一公噸碳酸鋰鹽的價格從一年前的 9600 美元最高漲到了69000美元,這種材料的漲價正不斷推高鋰電池的成本。

對此,國外專家Harry Valentine撰文表示,鋁空氣電池儲能技術具有較高的儲能容量,並可安裝在標準的20尺集裝箱內,可以成為船舶動力的一種新選擇。

探討:鋁空氣電池應用於船舶

長期以來,由鉛、氧化鉛和硫酸組成的鉛酸電池一直是主流的可充電電化學電池技術,並廣泛應用於汽車行業。近年來,太陽能發電和風力發電的擴張產生了對大規模儲能技術的需求。用於固定電網規模應用的電化學儲能技術已經取得了一些進展。

一些大型電化學、電網規模的電池技術已經可以在集裝箱內部執行。來自以色列的鋁空氣電池技術就屬於這種情況,它可以在標準 20 英尺集裝箱記憶體儲 4,800 千瓦時並提供穩定的 240 千瓦(320 馬力)輸出。在同等重量和體積下,相比釩流、液態金屬或鋅-溴-凝膠技術,鋁空氣電池可以儲存更多的能量;在成本和儲存能力方面,它優於鋰離子技術。

直流電池的結構包含陽極和陰極,陽極通常佔電池重量的70%,而陰極佔總重量的5%左右。鋁空氣電池由純輕質鋁製成的陽極與空氣陰極結合在一起。重量輕和化學成分的結合使它能夠提供比更昂貴的鋰離子電池多三倍的能量密度。

鋁空氣電池在使用中生成氫氧化鋁,即 Al(OH)3或H3AlO3。鋁空氣電池不能充電,但可以完全回收。當鋁空氣電池耗盡後,有多種化學方法可以從氫氧化鋁中提取純鋁,這使得鋁空氣電池可以實現連續回收。

鋁空氣電池的成本以及可回收的特性使其與鋰電池相比具有競爭力。成組的集裝箱鋁空氣電池可以在較長時間內以穩定的輸出執行。而在海上作業中,電池容器需要快速方便地使用、安裝和更換,這使得在內河和沿海服務的拖船、駁船使用鋁空氣電池成為可能。

Valentine表示,一艘長90米、寬26米、吃水3米的電池動力拖船可以攜帶120個集裝箱電池,提供576,000千瓦時的電力,可以推動一艘需要3,000千瓦(4,000馬力)的船舶以 10節的速度航行180小時。在耗盡和更換之前,這些電池可提供長達190小時的服務。在水路服務中,一艘標準的密西西比駁船(長60米、寬10。6米、吃水2。4米)可運載32個集裝箱電池,攜帶電力達153,600千瓦時。

鋁空氣電池的優點還包括,在執行過程中產生的化學物質可防止熱量積聚,從而間接防止鋰電池可能發生的爆炸和火災。航運業近年來已發生了多起直接或間接因鋰電池導致的船舶火災。

Valentine表示,與鋰離子技術相比,鋁空氣電池技術以更低的成本提供更高的能量儲存密度,並且整個電池及其化學物質可以在能量耗盡後回收和再製造。這種電池最適合用於可以輕鬆拆卸、重新安裝且複雜程度較低的應用,比如船舶的容器化電力解決方案。

探討:鋁空氣電池應用於船舶