基于硅焦耳技术的电池应用分析

作者：Maurizio Di Paolo Emilio

硅谷的一家初创公司Gridtential Energy开发了一种名为Silicon Joule的双极电池技术，该技术能够将传统的铅电池转变成功能强大，快速充电，持久的能源，用于车辆，家用电器，家庭和办公室。Gridtential Energy首席执行官John Barton在接受《电力电子新闻》采访时指出，获得专利的AGM电池技术Silicon Joule将太阳能晶片处理技术整合到了新的双极电池架构中，同时使用了现有的电池制造和回收基础设施。这种高效，低成本和快速可扩展的技术减少了故障，延长了循环寿命，并大大提高了电源性能。

硅焦耳技术

作为基于锂离子（Li-ion）电池的替代品，硅焦耳（Silicon Joule）是一种受太阳能启发的技术，可振兴已经可用的铅电池技术生产设施。更准确地说，Gridtential的新技术用经过特殊处理的硅晶片取代了传统铅蓄电池中的金属栅格，并且采用了创新的堆叠式电池架构，可以减轻重量，提高功率性能并延长使用寿命。这导致了前所未有的性能水平，同时保持了铅的显着成本优势和可回收利用的能力。

如今，可再生能源存储系统主要基于锂离子技术。锂离子电池具有非常轻的优点，同时提供了良好的循环寿命性能，但其成本仍然很高，并且与铅技术相比，它们不防火。锂离子电池储能系统通常很复杂，因为每个电池的温度和充电电压都需要精确监控。更重要的是，锂的开采经常引起环境方面的批评，而且锂离子电池系统不容易回收利用，因此对于追求可持续发展的消费者而言，这并不是最佳选择。

另一方面，硅焦耳电池可以在一半时间内充电，比传统铅电池重达30％，并且具有出色的热稳定性，从而简化了电池管理系统。另一个显着的优势是，使用成熟且被广泛采用的回收系统，其回收率达到99.3％。反过来，与锂离子电池相比，这具有明显的安全性和可持续性优势。由于可以使用现有的生产设备制造硅焦耳电池，因此它们可以很快满足全球对安全和可持续储能的需求。一些主要制造商已经获得了批量生产硅焦耳电池的完全许可，并且一些国际合作伙伴正在试用这种创新技术，并在自己的工厂中制造和测试电池。

Gridtential Energy说：“我们材料的新颖性在于它可以在太阳能制造设施中制造。” “我们采用的行业已有100多年的历史，并且将其与新兴的行业相结合，该行业可以大量生产高质量，非常纯净的材料；在过去的几十年中，太阳能行业已经经历了大规模的规模化发展，并大幅降低了成本。”

Gridtential的Silicon Joule技术可将经过处理的硅晶片替换为传统的铅栅，并使用获得专利的“堆叠和密封”架构将它们结合在一起，能够提供均匀的电流分布和有效的热管理，从而大大减少了因硫酸盐化，腐蚀和栅格增长而引起的故障和故障。 。图1显示了基于硅焦耳的24 V电池的内部结构，并详细说明了“堆叠和密封”架构。

图1：24伏硅焦耳电池的内部结构

结果是一种先进的AGM铅蓄电池，与传统铅蓄电池相比，其功率密度和放电率提高了5倍，而传统的铅蓄电池却降低了75％的电费（LCOE），从而提供了高性能，而重量却显着降低。锂离子电池的替代品。凭借其灵活的堆叠架构，Silicon Joule电池可适应各种电压配置，包括12 V，24 V，36 V甚至48 V（单块形式），适用于不同应用。

Gridtential Energy表示：“双极电池技术的想法很简单：在传统设计中，电流不是横穿栅极，而是利用硅晶片的整个表面积，从而使电流流过晶片的厚度。” 硅晶片将相邻的电池与电解液泄漏隔离开来，但同时又将相邻的电池电连接。之所以能够做到这一点，是因为硅是可以导电的材料之一，同时又不渗透硫酸。”

由于诸如硫酸盐化和栅极腐蚀的失效机理，常规铅电池的寿命有限，特别是在高放电速率和深度放电的情况下。这些缺陷限制了它们在可再生能源存储空间中的广泛应用。Silicon Joule技术从基本架构水平消除了这些性能限制，并以百分比而不是百分比的形式提高了循环寿命和功耗。出色的循环寿命特性如图2所示，其中将硅焦耳电池的容量保留百分比与传统的铅酸AGM进行了比较。

 

图2：整个周期内的容量保留百分比

应用领域

基于硅焦耳技术的电池性能卓越，使用寿命长，灵活性高，因此适用于各种储能应用，包括小型混合动力和电动汽车，个人出行和家庭储能。可以根据电池电压对市场应用进行分组，如下所示：

24 V深循环（已提供）：电动扫地机，踏板车，轮椅，割草机，电动自行车

12V电源（自2021年第二季度起可用）：电源运动SLI，汽车起停，EV辅助

48伏深循环（在2021年2月提供）：高尔夫球车，电子书本，可再生能源存储，电信，数据中心备份，微电网

48 V电源：（在2H 2021中可用）：轻度混合动力，EV辅助，ADAS，起停，信息娱乐，再生制动

编辑：hfy