不间断电源的工作原理

储能技术（电池）提供独立的电源，让任何系统都能方便、可靠和自由移动；电动汽车就是一个典型的例子。环境责任和成本建议投资以改善功能。

两家令人兴奋的公司正在研究各种电池解决方案。ZincFive 为数据中心和智能交通中的关键任务应用提供基于镍锌 (NiZn) 电池的不间断电源 (UPS)为市场提供支持，并为固定和启停应用提供电池。

Zinc8 正在研究锌空气再生燃料电池系统。锌含量丰富且价格低廉。与锂离子 (Li-ion) 技术需要新电池进行缩放不同，锌电池能够分离能量和电力之间的联系。锌空气电池利用大气中的氧气从锌中提取能量，使锌空气电池的生产成本低，安全性更高。

存储技术

开发新的清洁能源对于可持续社会至关重要。为了支持可再生能源经济，储能允许在后期捕获和使用能量，实际上是确保碳中和世界的关键。

据分析师称，预计到 2035 年，储能市场的总年收入将增长至 5000 亿美元。作为电池生产所需原材料的主要生产国的国家已受到严格限制，以控制病毒的传播。北美的锌资源丰富，其价格在过去 20 年中一直非常稳定，通过与其他化学品相结合，确保了许多电池技术的普及。

NiZn 是市场上最可回收的电池化学物质之一。“与许多其他材料不同，镍和锌都可以反复回收，同时保持其物理和化学特性，因为在特定产品周期结束时每种元素的数量与开始时相同，”史蒂夫詹宁斯说，ZincFive 的高级副总裁。

与此同时，新的锌-空气混合解决方案有可能颠覆整个储能市场：它们更便宜、不易燃，而且最重要的是，不含当今最常用的电池中存在的稀有或危险元素（即锂或铅）。Zinc8 Energy 首席执行官 Ron MacDonald 表示：“锌资源丰富、价格低廉，而且没有任何地缘政治并发症，因为我们在北美有大量供应。”

锌五

NiZn 是一种高功率、完全可回收的技术，使其成为 UPS 电池备份的可能选择。应用包括功率密度、安全性、可靠性、可持续性和总拥有成本 (TCO)。

镍锌电池是高功率密度电池，在很宽的温度范围内具有快速充电/放电能力，而没有热量损失的风险。与常见的铅酸解决方案相比，它们的高功率密度显着降低了任何备用类别的电池尺寸和重量。镍锌电池的使用寿命超过 10 年，维护要求最低，与年维护成本高的短寿命铅酸电池相比，有助于降低 TCO。

图 1：用于 UPS 应用的镍锌电池技术与铅酸和锂离子技术的比较

自从得到托马斯爱迪生的认可后，镍锌电池由于锌电极使用的技术问题而推迟了其商业化。ZincFive 凭借获得专利的电极解决方案克服了这一挑战，以提供功能强大且安全的电池。NiZn 技术在化学上与镍金属氢化物相似，NiZn 电池使用众所周知的设备和工艺进行批量生产，有助于确保可靠的供应链。

“镍锌电池的优点是性能优越、功率和能量密度高、工作寿命长、循环次数高、工作温度范围宽、重量轻且紧凑、比铅酸和锂离子化学物质在物理上更安全、可回收，而且它们保质期长，无需定期维护，”詹宁斯说。

NiZn 电池化学性能在高放电率下表现出色，同时保持热稳定性。它还能够快速充电，这是许多应用的关键优势，包括需要高充电接受度的不间断电源。

ZincFive 已将其 NiZn 技术纳入数据中心 UPS 解决方案。其新的 C3 系列 UPS 系统使用高功率密度的镍锌电池，其快速的充电/放电速度与更宽的工作温度范围相结合，可在现实世界中实现高水平的性能。

“今天的数据中心市场仍然以铅酸电池为主，”詹宁斯说。“锂排在第二位，但增长速度非常快。因此，锂在数据中心的应用进展非常迅速。镍锌是铅酸的另一种替代品，可与锂竞争，尤其是在安全和高功率密度方面。”

电池的安全性和可靠性还通过计划外维护来衡量：当铅酸或锂离子电池发生故障时，它会造成开路，从而停止电池组的运行。另一方面，NiZn 电池保持导电，允许电池串继续以低效率运行。这将其他电池化学品的紧急情况变成了在下一个预定的维护周期中简单的电池更换，成本低且不影响运营。

锌8

Zinc8 Energy Solutions 开发了使用锌和空气作为燃料的电池技术。“我们的技术解决了风能和太阳能等可再生能源的间歇性和不可预测性，”麦克唐纳说。

借助具有成本效益的储能解决方案，清洁能源变得可靠且可按需提供。“我们的系统由三个主要部分组成：一个是水槽蓄热器，另一个是燃料储罐，第三个是燃料，它吸收水槽颗粒和空气来提供电力，”麦克唐纳说。“如果没有电池，太阳能电池板和风力涡轮机在太阳不发光和风不吹时就变得毫无用处。电池使您可以在需要时使用电，而不仅仅是在发电时使用。”

该公司已获得可充电存储系统的专利，该系统以锌颗粒的形式有效地存储能量，并且不包含任何传统的高成本材料，如锂、钒或钴。该技术能量密度高（实验室实验可达200​​ Wh/kg以上），生产和处置成本低；因此，它允许以较低的价格进行存储，并且可以在广泛的可扩展应用程序中实施。

Zinc8 Energy Solutions 的锌空气液流电池是一种储能解决方案，旨在为微电网和公用事业的各种长期应用提供服务。“我们的专利设计和强大的化学成分使我们的系统成为最具成本效益、最安全和最灵活的长期存储解决方案，”麦克唐纳说。“RFC 系统具有模块化架构，其大小可以从 20 kW 到兆瓦级不等。”

来自电网或可再生能源（如太阳能或风能）的能量用于在相应的再生器中产生锌颗粒。氧气作为副产品释放到大气中，因此是清洁的来源。锌颗粒被送入储罐并保存在氢氧化钾电解液 (KOH) 中，直到需要加入负载为止。每当需要能量时，锌颗粒就会被送到电源堆，与氧气重新结合以发电。氧化锌 (ZnO) 副产品返回储罐进行后续再生。

与需要新电池才能扩展的锂离子技术不同，Zinc8 完全分离了能源和电力之间的联系。这意味着 Zinc8 的结垢技术可以通过增加槽尺寸和锌量来满足任何电力需求并降低成本来实现。

图 2：Zinc8 技术

未来在建的工厂将有能力提供备用能源，帮助平衡电网需求，并将能源转向由可再生能源支持的无碳电网。

结论

今天，电池已经达到了非常高的效率，但还可以做得更多。技术可以在功率、储存能量、尺寸和重量方面取得新的成果。仍然存在未完全解决的问题，例如随着时间的推移而影响长期保持充电的能力的劣化。

如果废品回收和处置部门及时改进，未来电池肯定会变得更好、更便宜。这是因为电池是由珍贵且昂贵的元素制成的，因此如果提供良好的回收服务，制造电池的“新”材料将很少。未来充满惊喜。

特斯拉可能正在设计能够为数百万公里提供能量的新一代锂离子电池（在完全处置它们之前）。所有这一切都可以通过重新制定其化学成分来实现。电动汽车正变得越来越流行，对更强大电池的需求也在增加。使用新电池，即使完全充电所需的时间也只需几秒钟。此外，由于“坚固”的结构，有限的重量和轻巧可以使极其安全的设备成为可能。


审核编辑：刘清