據(jù)國外媒體報道，在19與20世紀(jì)之交時恃楔，托馬斯·愛迪生發(fā)明了一款可以產(chǎn)生氫氣的電池。而在120年后的今天培晓，這款電池終于獲得了人們的認(rèn)可涡写。在美國新澤西州西奧蘭治的一條碎石路上，一輛電動汽車從行人身邊飛馳而過廓握。車子寬敞的內(nèi)部空間顯然令一些人驚詫不已芋忿。它的速度是當(dāng)時傳統(tǒng)車型的兩倍，卷起的塵土高高揚(yáng)起疾棵，使街上拉車的馬匹忍不住皺了皺鼻子戈钢。
產(chǎn)生氫氣一度是愛迪生電池的一大危險之處痹仙，如今卻發(fā)揮了巨大作用。
以上場景發(fā)生在20世紀(jì)初殉了，而這輛車的主人便是托馬斯·愛迪生开仰。雖然電動汽車在當(dāng)時已不是什么新鮮事物，但大多數(shù)都依賴沉重薪铜、笨拙的鉛酸電池众弓。愛迪生則在自己的車上裝了一款新型電池，并且希望這種電池不久便能為美國各地的車輛供電隔箍。這款新電池屬于鎳鐵電池谓娃，最早由瑞典發(fā)明家恩內(nèi)斯特·瓦爾德馬爾·揚(yáng)格納于1899年申請專利，后經(jīng)愛迪生改進(jìn)并用在了汽車上蜒滩。
愛迪生稱滨达，這款鎳鐵電池極其耐用，并且充電速度是鉛酸電池的兩倍绍掂。他甚至與福特汽車達(dá)成了協(xié)議恃打，準(zhǔn)備生產(chǎn)這款據(jù)他所稱效率更高的電動汽車。
但鎳鐵電池的確存在一些問題识俄。它的體積比當(dāng)時使用得更廣泛的鉛酸電池要大市缠，價格也更昂貴。并且它在充電時會放出氫氣纫蝗，這樣既麻煩又危險羔辉。
不幸的是，等到愛迪生改進(jìn)了自己的原型設(shè)計時仇韩，電動汽車已經(jīng)逐漸被續(xù)航更久的化石燃料汽車取代湿铃。愛迪生與福特汽車的協(xié)議也就此擱淺。不過他的電池后來在其它方面得到了應(yīng)用诞昧，比如鐵路信號燈碉办。在這些地方，這款電池的龐大體積就不是個問題了步嘹。
但等到一個多世紀(jì)之后虐干，工程師們便會發(fā)現(xiàn)，鎳鐵電池身上其實(shí)隱藏著巨大潛力肘习。如今际乘，人們正對它展開研究，希望它能解決風(fēng)能和太陽能等可再生能源供應(yīng)不穩(wěn)漂佩、斷斷續(xù)續(xù)的問題脖含。此外，它的副產(chǎn)物氫氣一度令人頭疼投蝉，如今看來卻可能是這款電池最大的用處之一养葵。
大約2015年前后征堪，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的一支研究團(tuán)隊(duì)基于鎳鐵電池產(chǎn)生的氫氣、偶然為該電池找到了一種用武之地关拒。在電池充電過程中佃蚜，電流從電池中通過時會經(jīng)歷一種化學(xué)反應(yīng)，生成氫氣和氧氣着绊。該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為谐算，該反應(yīng)與用水生成氫氣的反應(yīng)、即電解水反應(yīng)類似归露。
傳統(tǒng)電解器也可以將可再生能源轉(zhuǎn)化為氫氣佳抗，但穆爾德希望能以更高效、更低廉的方式實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)种烫。
“在我看來灵科，其中的化學(xué)原理是相同的。”該團(tuán)隊(duì)帶頭人弗科·穆爾德指出荠涂。水的分解反應(yīng)是產(chǎn)生氫氣燃料的一種途徑徊儿，并且只要驅(qū)動該反應(yīng)的能量也由可再生能源產(chǎn)生灯趁，氫氣就是一種百分之百的清潔能源裙靶。
穆爾德和他的團(tuán)隊(duì)還吃驚地發(fā)現(xiàn)，鎳鐵電池的電極開始分解水后稼炉，電極儲存的能量竟然變得比開始生成氫氣前還要高犹喜。換句話說，當(dāng)鎳鐵電池同時被用作電解裝置時草嫉，它就變成了一臺性能更加優(yōu)秀的電池阎敬。他們還驚訝地發(fā)現(xiàn)，該電池的電極可以很好地承受電解反應(yīng)症慰，而在傳統(tǒng)電池中魄帽，電解反應(yīng)往往會令電池遭受嚴(yán)重耗損。“另外凯傲，我們對該電池在上述過程中的能量效率也十分滿意犬辰，可以達(dá)到80%-90%。”穆爾德指出冰单。
穆爾德將他們的作品稱作“電池電解器”(battolyser)幌缝，希望此次發(fā)現(xiàn)能有助于解決可再生能源的兩大主要挑戰(zhàn)：儲能能力，以及當(dāng)電池充滿時制造清潔能源的能力诫欠。
“我們經(jīng)常聽到各種各樣關(guān)于電池和氫氣的討論涵卵，”穆爾德指出，“這兩個方向之間一直存在某種競爭關(guān)系荒叼，但我們其實(shí)二者都需要轿偎。”
可再生價值
風(fēng)能和太陽能等可再生能源最大的挑戰(zhàn)之一在于典鸡，它們提供的能量總是難以預(yù)測、斷斷續(xù)續(xù)贴硫。例如椿每，太陽能在白天和夏季提供的能量容易過剩，在夜間和冬季則又常常不足英遭。
鎳鐵電池電解器有助于平衡太陽能和風(fēng)能等能源的供求關(guān)系砂腰。
鋰電池等傳統(tǒng)電池可以在短期內(nèi)儲存能量，但一旦它們充滿了電蔑氛，就必須將過剩能量釋放出去潘娄，否則便會過熱、產(chǎn)生耗損汇割。而相比之下持拐，鎳鐵電池電解器即使在充滿電后仍可保持穩(wěn)定，只是繼續(xù)充電時會開始產(chǎn)生氫氣而已恋得。
“鎳鐵電池持久耐用啰哪，承受充電不足和過度充電的能力都比其它電池強(qiáng)。”英國拉夫堡大學(xué)機(jī)械此妙、電氣與制造工程學(xué)院助理研究員約翰·巴頓指出侵宝，他也在對電池電解器展開研究，“通過產(chǎn)生氫氣继韵，電池電解器儲存能量的時間可以長達(dá)數(shù)天省喝、甚至數(shù)月之久。”
除了產(chǎn)生氫氣外一死，鎳鐵電池還有其它一些有用的特征肛度。首先，它們無需經(jīng)常維護(hù)投慈。愛迪生在他的早期電動汽車上便已證實(shí)承耿，鎳鐵電池極為持久耐用，有些已經(jīng)連續(xù)使用了40年伪煤。此外加袋，鎳和鐵這兩種金屬也比傳統(tǒng)電池使用的金屬更加常見。這意味著鎳鐵電池電解器對于可再生能源還有另一重意義：有助于提高利潤率带族。
和其它所有行業(yè)一樣锁荔，可再生能源的價格也由供求關(guān)系決定。例如在陽光燦爛的日子里蝙砌，太陽能可以提供充足的能量阳堕，造成能源價格下跌。而鎳鐵電池電解器則有助于“削峰填谷”择克，使這條價格曲線變得平滑一些恬总。
“當(dāng)電價較高時前普，可以讓電池放電;而當(dāng)電價較低時，則可以給電池充電辱雅、并產(chǎn)生氫氣麦荸。”穆爾德指出。
能實(shí)現(xiàn)這一功能的不僅僅是鎳鐵電池電解器怨颜，較為傳統(tǒng)的堿性電池也可以做到這一點(diǎn)喷融，并且在氫氣制造業(yè)中已經(jīng)得到了廣泛運(yùn)用。不過穆爾德認(rèn)為夯架，鎳鐵電池電解器的耐久性更強(qiáng)淹摧，因此成本更低、使用時間更長批痘。電池電解器的支持者們也因此感到信心滿滿钾抛。
此外，雖然鎳鐵電池電解器的直接產(chǎn)物是氫氣舌恬，但也可以生成其它物質(zhì)衣夏，比如氨氣或甲烷，這些比氫氣更易于儲存和運(yùn)輸坠行。“如果安裝了一臺電池電解器匙蚣，氨氣廠就可以持續(xù)運(yùn)作，所需人工也會更少怒见，進(jìn)而減少運(yùn)維成本俗慈，因此生成氨氣是在可持續(xù)前提下最劃算的一種選擇姑宽。”穆爾德電池電解器的投資人遣耍、Proton Ventures公司董事長漢斯·弗里安霍夫指出。
擴(kuò)大規(guī)模
目前最大的鎳鐵電池容量和功率分別為15KW和15kWh炮车，容量和長期氫氣儲量可以為1.5戶家庭供電舵变。另外，荷蘭埃姆斯哈文發(fā)電廠正在籌建一臺30kW/30kWh的鎳鐵電池電解器瘦穆，未來產(chǎn)生的氫氣足以滿足電廠所需纪隙。
一旦鎳鐵電池電解器在該發(fā)電廠通過了嚴(yán)格測驗(yàn)，下一步就是進(jìn)一步提高規(guī)模扛或、分銷給綠色能源提供商绵咱，如太陽能和風(fēng)能發(fā)電場等等。電池電解器支持者的終極目標(biāo)是希望它們可以達(dá)到吉瓦級別熙兔，相當(dāng)于400臺公共事業(yè)規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總產(chǎn)能悲伶。不過除了增加規(guī)模之外，巴頓認(rèn)為小型電池電解器也能發(fā)揮用武之地候妻，可以為不依賴主供電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)社區(qū)使用的微型電網(wǎng)供能锨耍。
電池電解器的電極均由相對比較便宜和常見的金屬制成执摆，這也是它的有利之處。并且與鋰不同平俩，鎳和鐵在開采過程中不會產(chǎn)生大量廢水缅叔，也不會導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境破壞。
愛迪生在新澤西的實(shí)驗(yàn)室是他許多發(fā)明的誕生地泡缠。有些在他生前便已聞名遐邇趟蛋，有些則默默無聞。
不過鼎示，穆爾德和巴頓都認(rèn)為颁殃，鎳鐵電池在效率和容量方面仍有一些障礙需要克服。“電池電解器如果進(jìn)一步增加電池容量拄屈、或者減小內(nèi)部電阻显钙，可以受益良多。”內(nèi)部電阻與電池內(nèi)部電流方向相反斋值，內(nèi)部電阻越大绑雄，電池效率就越低。穆爾德和他的團(tuán)隊(duì)如今正在研究如何改進(jìn)這一方面奥邮。
自從愛迪生在上世紀(jì)初開始研究鎳鐵電池以來万牺，鎳鐵電池電解器的大部分潛力其實(shí)一直都擺在眼皮子底下，卻始終不曾被人發(fā)現(xiàn)洽腺。鎳鐵電池也許不像愛迪生想的那樣脚粟、適合為汽車供能，但可以加速向可再生能源的過渡蘸朋，因此或?qū)⒃趶V泛取代化石能源的過程中發(fā)揮重要作用核无。
