電池技術正在成為眾多產業的桎梏,各大廠商都在嘗試新的技術,最近幾年各種新材料電池層出不窮,Durathon鈉鹽電池技術則是GE的一次新的嘗試,GE希望憑借這項研發長達十年的技術從愈演愈烈的電池大戰中脫穎而出。
9月17日,GE在上海舉辦了一場儲能技術論壇,與會者除了GE中國研發中心的科學家以外,還有中國電科院電工研究所、吉林省智能電網研究中心、清華大學、統達能源等國內多家科研機構以及能源企業。
作為一家商業公司,GE舉辦這次技術論壇當然不只是為了探討學術,GE的真正目的是要借這個機會向國內的學界和業界介紹GE一項全新的技術——Durathon鈉鹽電池。
就在論壇舉辦前一個多月,GE位于紐約州斯克內克塔迪的鈉鹽電池工廠正式投產運作。開工的同時,GE還宣布對這家從2011年秋季就開始建設的工廠追加7000萬美元的擴建投資。預計擴建完成后,它的年生產能力將達到1吉瓦時,相當于1000戶美國家庭一個月的用電量。
十年磨一劍
鈉鹽電池,也可以被稱為納鎳電池,其主要原料是氯化鈉和鎳。根據GE官方的說法,鈉鹽電池的能量密度是傳統鉛酸電池的兩倍,并且可以深度放電3500次以上,使用壽命是鉛酸電池的10倍,此外,在零下40攝氏度到65攝氏度的使用環境下,電池依舊能夠正常工作。
與現在廣泛使用的鋰電池相比,GE方面表示,無論在能量密度還是循環周期上,鈉鹽電池都比鋰電池略高,并且由于原料的更容易獲取,大規模制造后將比鋰電池更具成本優勢,目前鋰電池的成本大約為是600美元每千瓦時,而GE短期內的目標是將其降至500美元每千瓦時。
在環保方面,據GE中國研發中心的研究人員介紹,鈉鹽電池是一種綠色電池,在使用過程中沒有廢氣和廢液的產生。與鉛酸電池不同,鈉鹽電池的裝配過程也不包括重金屬水溶液操作,不排放有毒廢液,因此也不會產生傳統電池工廠面臨的重金屬污染,尤其是鉛污染的問題。此外,鈉鹽電池可以經過類似傳統金屬熔煉的過程最后實現完全回收。
而與業內近幾年崛起的另一款明星產品——納硫電池相比,鈉鹽電池的安全性也更勝一籌,因為納硫電池在生產過程中,需要在負極填充鈉金屬,在高溫環境下容易自燃。由于原料和生產工藝不同,GE的鈉鹽電池在生產過程中并不存這一問題。
GE從2000年以后便開始投資混合動力技術,當時的想法是為GE的交通運輸部門的采礦車、火車頭、船舶等產品提供更加強勁可靠的動力支持。
彼時,鋰電池正在普及,但是對于大型的工業交通工具來說,它們所面臨的是各種惡劣的自然環境。極端的溫度、大量的灰塵,這些都不是鋰電池可以應付的,因此急需一種性能更加強大的新產品出現。
在長達五六年的時間里,GE的科學家在實驗室中嘗試了一系列不同的化學物質組合,最終,鈉鹽電池憑借在性能、安全性等多個方面的優異表現脫穎而出。
2007年,GE收購了英國的Beta R&D公司,這家公司的發起人之一JL Sudworth從20世紀60年代起開始從事鈉硫電池的研究,是鈉硫電池技術的重要奠基人之一。基于在鈉電池領域的積累和強大的技術團隊,Beta R&D于20世紀80年代開始設計研究鈉鹽電池, 在90年代還曾嘗試將其用在某知名汽車廠商的電動車上,只是后來因為技術成熟度等原因并未真正商用。收購Beta R&D強化了GE的技術研發能力,也縮短了鈉鹽電池走出實驗室進入市場的時間。
2010年,鈉鹽電池項目獲得了GE當年的年度大獎——Whitney技術成就獎,鈉鹽電池的獲獎是一個風向標,一方面顯示這項技術已經處于相對成熟的階段,另一方面,也預示著GE有心將其打造為公司的下一個明星產品。
GE的算盤
GE的初衷是將鈉鹽電池用到交通部門的產品上,然而它的第一家客戶卻并非汽車廠商,而是來自南非約翰內斯堡的Megatron Federal公司。
Megatron Federal的主要產品和服務涵蓋發電、輸配電和電信領域。這家公司已經與GE達成協議,訂購了超過6000塊Durathon電池,這批電池將會用在Magatron Federal位于尼日利亞的電信基礎設備上,作為基站的備用電源。Durathon能夠收集柴油發電機多余的能量,并且在發電機關閉時為基站(cell tower)供電,預計能夠減少40%的能源消耗。
事實上,GE已經選擇電信企業作為Durathon的切入點,尤其是在那些電力基礎設施并不完備的新興市場,比如尼日利亞、肯尼亞、印度尼西亞和越南,鈉鹽電池能夠大顯身手。
之所以與最初規劃的應用場景不同,首先是因為GE在鈉鹽電池技術的研發過程中逐漸意識到,在未來全球的能源生態系統中,電池以及相關的儲能技術將會成為至關重要的一個環節。如果僅僅將這項技術用在混合動力的交通工具上,那實在是大材小用。于是,GE在交通運輸事業部下面成立了獨立的能源存儲部門,意圖拓展Durathon的應用領域。
暫緩進入電動車領域,也是GE一種不得已而為之的決定,眾所周知,目前全球的電動車市場發展還處在非常初級的階段,各種技術競爭相當激烈,貿然進入并非一個非常明智的選擇。有業內人士對記者表示,目前,鈉鹽電池用在電動汽車領域并無明顯的優勢,“更適合用在大規模靜置式儲能方面”,但Durathon的成熟度和NGK的納硫電池相比還存在差距。而在給記者的回復中,GE方面也坦承,鋰電池目前更適合電動汽車市場。而且與電動車市場相比,電信為代表的固定備用電源市場現在更為成熟,市場容量也要更大,因此GE決定以此入手。
在電信領域之外,鈉鹽電池另外一塊戰場則是GE有著深厚積累的電力領域。這是一塊含金量很大的市場。
目前讓許多大型電力公司頭疼的問題是電力負荷峰谷差很大,負荷高峰時經常需要拉閘限電,而低谷時,則需要關閉許多機組,這不僅會增加能耗,而且將影響機組的壽命。解決這一問題的方法就是將夜間多余的電量儲存起來在白天使用。目前電力公司采用的方式主要是抽水蓄電,但這種方式有著諸多的限制,比如地形,與之相比,儲能電池因為部署簡單靈活,因而有著天然的優勢。GE方面透露,今年第4季度在公用事業領域的第一個微電網儲能系統就將建立。
不過在電力領域,GE也要面臨競爭者的挑戰,作為一項新的技術,除了技術本身的成熟度之外,市場更加關注的還有成本問題,GE儲能部門總經理Glen Merfeld介紹,到2015年鈉鹽電池的價格將會降到每千瓦時500美元,而對手之一的阿奎恩能源則預計自己的儲能電池價格能夠達到每千瓦時300美元。
GE對于Durathon給予著厚望,公司CEO伊梅爾特就曾對外表示:“我們不僅僅發明了一種新電池,更是創造了一項新業務。”因此,在研發鈉鹽技術的同時,GE也設計了配套的高效制造流程和市場開發戰略。
伊梅爾特希望到2015年,Durathon每年能夠為GE帶來5億美元的收入,而到2020年能夠進一步達到10億美元。
鈉鹽電池能否像伊梅爾特期望的一樣成為行業內真正的黑馬,并最終從日益激烈的電池大戰中脫穎而出,Durathon還需要在未來的實際應用中證明自己。