诺奖技术首次应用，新型有机电池优于金属电池

全球最大乳制品原料供应商恒天然与PolyJoule合作，在一个24小时运行的乳品加工厂使用PolyJoule生产的有机电池。这套储能装置将在2023年全面投入使用。图为2022年8月12日，恒天然位于新西兰怀卡托地区的豪塔普乳制品厂。（William West/AFP）

美国麻省理工学院一项有机聚合物（非金属）电池的首次实际应用，为替代锂离子等金属电池提供了一个新的选项。这是一种更安全、更适用、更便宜和更持久的电池，以储存和调节风能和太阳能等间歇性新能源，保持电网的弹性和稳定性，也有望促进新能源的发展和利用。

目前风能和太阳能等新能源行业的发展，即能够在电网中占比多少，很大程度上取决于储能技术对新能源并网时，造成的电网波动能够调节和平复多少。目前以锂电池为主的电化学储能技术本身的不足及较高的成本，跟不上新能源持续发展的要求。

这项在2000年获诺贝尔化学奖（导电聚合物）的革命性技术的应用，据称可克服目前锂电池等金属电池的主要问题或不足，比如不容易过热燃烧、不受寒冷天气影响，且95%可回收，能够解决目前金属电池很难回收，进而造成更严重污染的问题。

尤其重要的是，新电池因为使用容易获得的有机原料来代替昂贵金属，造价便宜，而且无需锂电池等温度敏感电池所需的温度调节装置，这也大大降低了储能成本;另外这种塑胶电池具有比锂电池更快的充放电效率，更符合电网对间歇性冲击能够迅速调节的要求。

有机电池从实验室到首个规模应用

由麻省理工学院的科学家们创立的公司PolyJoule，其使用导电聚合物制造的工业规模有机电池，最近在乳制品生产行业得以实际应用。

其首个合作伙伴，是新西兰的全球最大乳制品原料供应商恒天然（Fonterra）。这个覆盖新西兰乳业95%的超级合作社，使用全国电网多达2.5%的电力。

在恒天然一个24小时运行的乳品加工厂，PolyJoule的电池已经经过了10个月测试，主要用于确保提供不间断电力和能源套利应用，即在最便宜的非高峰时段存储电力，然后在价格最高的高峰时段释放使用电力。

根据最近双方达成的商业协议，这套储能装置将从明年开始全面投入使用，届时将可为恒天然的全电动运输卡车充电，并根据电价（能源套利）和天气（利用间歇性风能和太阳能）弹性运作，向100%使用可再生能源（并网发电）营运农场/加工厂的目标迈进。

这套全球首个工业规模有机电池装置，大小约为一个大冰箱，会把加工厂的储电从10千瓦/时升级到125千瓦/时。

几乎各方面都优于金属电池

PolyJoule电池采用标准的两电极电化学构造，其中包括导电聚合物、碳—石墨烯混合物和不易燃的液体电解质。这种有机聚合物，通过交替的碳—碳单键和碳—碳双键形成导电主链，能让电子沿碳链传导。

根据PolyJoule行政总裁埃利‧帕斯特（Eli Paster）的说法，这种有机电池系统的成本，仅为锂离子系统的三十分之一。除了其材料成本更便宜，还不需要昂贵的温度管理和灭火系统。

在存储成本方面，该电池系统为每千瓦/时65美元;相比之下，锂离子电池系统的总成本在每千瓦/时143～248美元之间。

这种电池也容易生产，目前该公司已经使用简单的卷对卷工艺生产了18,000多个电池。

新电池没有易燃的电解质，不易过热，不会自燃，所以非常安全，可以随处使用;这种塑胶电池的工作范围在-45℃至50℃之间，因此也不会像锂电池那样在寒冷天气下无法正常工作;而且新电池不含金属、无毒，中性pH值，可回收率高达95%，不污染环境。

这种有机电池的功率密度是锂离子电池的10倍。放电时，它能够在10秒内释放约1MW电量，而普通锂离子电池则需要60秒时间。充电时，它可以在5分钟内完成，一些锂离子电池则需要2个小时。

新电池的这种快速充电和放电特性，非常适合用于电网调节/平衡，因为电网必须能够对需求变化立即响应。

在使用寿命方面，塑胶电池在其生命周期内可能进行约12,000次充电循环，使用寿命预期为20至30年，而普通锂离子电池仅可执行约5,000次充电循环。

与金属电池相比，这种塑胶电池的唯一一个弱点，就是能量密度低，体积大。同样的功率电力，其体积约为锂电池的6倍，所以目前还无法用于电动车或手机。