6.8英尺长的“电池罐”,如今在中国量产:哈勃用了19年的技术,要进入地面储能

一根长约6.8英尺、重约152磅的钢管,里面装着电极、水系电解液,还有真正参与电化学反应的氢气。

你很难第一眼把它认成一块电池。

但这正是美国储能公司EnerVenue正在量产的一种长寿命储能电芯——镍-氢气电池,Nickel-Hydrogen,Ni-H₂。

这种技术并不新。

1990年升空的哈勃太空望远镜,就使用了这种化学体系。哈勃最初安装了6块镍-氢气电池,每块由22个单体组成。望远镜大约95分钟绕地球一圈,其中约36分钟处于地球阴影,因此这些电池一天要经历大约15次充放电。:chatgpt-content-reference{index="0"}

原本设计在轨寿命只有大约5年的首批电池,最终一直工作到2009年。

整整19年。

NASA后来评价,它们在经历数千次年度充放电循环后依然能够工作。2009年宇航员对哈勃进行最后一次维修时,才把这6块电池换掉;换上去的依然是改进版镍-氢气电池。

现在,这种曾经主要服务航天器的技术,正在被重新设计成地面储能产品。

先说清楚:这不是我们常说的“镍氢电池”

中文里这里特别容易产生误解。

丰田混合动力汽车等产品长期使用的“镍氢电池”,通常指:

Ni-MH——Nickel-Metal Hydride,镍金属氢化物电池。

而哈勃和EnerVenue使用的是:

Ni-H₂——Nickel-Hydrogen,镍-氢气电池。

二者不是同一种东西。

Ni-MH主要把氢储存在金属氢化物负极内部;Ni-H₂则直接使用氢气作为电化学反应体系的一部分。

这也解释了为什么EnerVenue的电芯,看起来更像一个压力容器。

因为从结构上看,它确实兼具电池和密封压力容器的特征。

为什么电池要做成一根“罐子”?

传统锂离子电池内部,锂离子在正负极之间往返移动。

镍-氢气电池不一样。

它的一侧涉及氢气电极反应。随着充放电状态变化,电芯内部氢气的状态和压力也会发生变化。

所以过去航天器上的Ni-H₂电池,本来就是按照压力容器的思路设计的。NASA大量技术资料中甚至直接使用 Individual Pressure Vessel,单体压力容器 来描述这一类镍-氢气电芯。

EnerVenue所做的,并不是重新发明一种完全不同的化学体系,而是把过去昂贵、复杂、主要用于卫星和航天器的Ni-H₂技术,重新设计成适合地面大规模生产的储能电芯。

NASA也把EnerVenue列为镍-氢气航天技术向地面储能商业化延伸的案例。

EnerVenue把最新一代产品称为:

Aqueous Metal Cell,AMC,水系金属电芯。

其本质仍然属于大型密封Ni-H₂电芯。

第四代AMC采用内部电极组件、密封钢制壳体以及外部增强结构。水系电解质意味着它不依赖普通锂离子电池中常见的可燃有机电解液。

这也是它最大的卖点之一。

真正吸引人的数字:3万次循环

EnerVenue目前公布的单颗AMC额定能量约为:

3.0千瓦时。

公司给出的设计指标包括:

3万次循环设计寿命;

30年设计寿命;

100%放电深度;

峰值往返效率超过90%。

EnerVenue还表示,这种体系不存在锂离子电池典型的热失控传播机制,并已经进行了UL 9540A相关测试。

3万次是什么概念?

即使一天完整充放电3次,一年大约1100次,运行接近30年才会达到这个数量级。

这也是EnerVenue真正想挑战锂离子电池的地方。

它并不打算证明自己比锂电池更轻,而是希望证明:

在一个不用移动的储能站里,电池到底有多轻,也许并没有寿命、安全和全生命周期成本那么重要。

不过这里必须加一个非常重要的限定:

3万次是EnerVenue公布的设计循环寿命和验证指标,并不意味着目前已经有第四代商业电芯在真实电站中连续运行3万次。

这和哈勃电池已经真实经历19年在轨运行,是两个不同层面的数据。

一个是已经发生的历史实绩。

一个是新产品的设计和测试目标。

不能混为一谈。

它最大的缺点,也非常明显:重

这根电芯为什么不适合装进汽车?

答案其实看看重量就知道了。

一颗电芯:

约3千瓦时,重量却达到约152磅,也就是接近69公斤。

折算下来,每千瓦时重量超过20公斤。

如果进一步组成完整机架,还需要结构件、电控和辅助设备。

相比今天成熟的锂离子电池系统,它的质量能量密度明显处于劣势。

所以,这种技术基本没有必要和动力电池竞争。

把它塞进乘用车甚至重卡里,都很难体现优势。

但是如果把它放在一个水泥地基上,20年、30年基本不移动,问题就完全不同了。

对于固定式储能而言,重量可能只是一次性的土建和安装问题。

真正影响经济性的反而可能是:

能循环多少次?

几年以后容量还剩多少?

要不要不断补充新电池?

消防系统要做到多复杂?

整个项目30年到底花多少钱?

这才是EnerVenue选择的战场。

为什么量产落在中国?

EnerVenue最初并没有打算把第一座大型工厂建在中国。

公司曾宣布在美国肯塔基州谢尔比县建设一座约100万平方英尺的工厂,首期计划投资约2.64亿美元。

后来,这个计划被取消。

EnerVenue现任CEO Henning Rath对路透社表示,此前的项目让公司获得了很多经验,但当时产品技术和生产体系还没有成熟。随后,公司重新设计了电芯,同时重新设计了生产设备。

最终,第一条真正进入规模生产阶段的产线落在了江苏常州。

Rath给出的理由很直接:

工程人才,以及中国成熟而完整的工业供应链。

路透社报道,这座工厂投资约2000万至5000万美元,自动化程度约95%,计划雇用约400名员工。EnerVenue计划2026年形成约250MWh年产能,并在2027年底前提升至约1GWh。

这件事本身甚至比电池技术更值得注意。

一家美国储能创业公司,拿着源自美国航天领域长期应用的电池技术,最终选择在中国建立第一套规模化生产体系。

背后的原因不是某一种材料便宜几块钱,而是:

从实验室技术到批量制造之间,还隔着一整套工业化能力。

这到底算不算“氢能”?

严格来说,它不属于我们通常所说的氢能产业主线。

它不是:

电解水制氢—储氢—运氢—加氢—燃料电池。

这里不会生产一罐氢气送出去,也不需要建设加氢站。

它更准确的身份是:

一种氢气直接参与电化学反应的固定式储能电池。

换句话说,氢并没有离开电芯。

在传统绿氢储能路线里,是:

电 → 氢气 → 储存和运输 → 再变回电。

而在Ni-H₂电池里面,氢被封闭在电芯内部,反复参与充放电反应。

所以它更像是:

把“氢”和“电池”装进了同一个密封压力容器。

这也是这个技术最有意思的地方。

过去几十年,氢气已经在太空里证明了另一种可能性:

它不一定非要被生产出来、压缩起来、运出去,再送进燃料电池。

它也可以一直待在一块电池里面。

哈勃的第一批镍-氢气电池已经证明,这套化学体系可以在极其特殊的航天环境中工作19年。

现在的问题是:

当它从太空回到地面,从昂贵的航天设备变成中国工厂流水线上的工业产品以后——

3万次循环、30年的设计寿命,能不能真正变成储能电站里的30年?

这才是这项技术接下来最值得看的地方。