任重道远——如何扩大电力存储量？

材料牛注：太阳能、风能发电十分方便，但是想要完全将这些电力存储起来却很困难。随着人口的不断增加，城市人口也在以更快的速度增长，人们需要的电力供应也将越来越多，但是目前没有任何一种储能方法可以满足人们日益增长的需求，所以提高储能量是一项迫在眉睫的重要研究任务。各位材料人，大家一起努力！

如果有更好的办法来储存大量的电力，那么，扩大对太阳能和风能的利用也将变得更加容易。

即使是在阳光明媚的洛杉矶，一个房顶上放有足够多太阳能光伏板的房子仍面临每年1月，日平均只能达到需求量的20%，而5月份每天却能盈余65%。你可以将输电网去掉，只安装大量昂贵的锂离子电池。但是，即使是一个小的国家高压输电线网（仅能处理10到30千兆瓦），也只能完全依赖于间歇性的来源，除非它具有能够工作数小时的千兆瓦级别的存储能力。

自2007年以来，超过一半的人生活在城市地区，并且到2050年将会有超过63亿的人生活在城市里，占到全球总人数的三分之二，大城市人口将超过一千万。大多数人将生活在高楼大厦里，人们将需要不断的电力供应，以满足家庭、服务业、工业和交通运输的用电需求。

设想一个亚洲的大城市经受台风1到2天，即使长途线路可以供应暂时降低需求后的城市电力的一半以上，仍然需要使用大量存储的电力来度过难关。在固定和移动设备中起到重要作用的锂离子电池如今也不足以满足这些需求。美国爱依斯集团（AES Corp）正在长滩为南加州爱迪生公司修建存储系统，宣称是目前世界上最大的存储系统（具有18000个以上的锂离子电池）。预计到2021年修建完成之后，它将能够在一亿瓦特运行4小时。但是这些能量仍然比一个大型亚洲城市所需要的能量低了两个数量级。

因此我们必须扩大存储量，但是该怎么做呢？钠硫电池具有比锂离子电池更高的能量密度，但是高温液态金属是一种使用最不方便的电解质。液态电池，直接将能量储存在电解质中，仍然处于研发的初级阶段。超级电容器也不能提供足够长时间的电力。新闻杂志最爱的压缩空气和飞轮，目前也仅只有十几个中小型的设备。我们可以利用太阳能发电电解水以储存氢，但是同样的，以氢能源为基础的经济仍不是最有效的。

所以，说到“大”，我们仍然必须依赖1890年代引进的技术——抽水蓄能。在高处修建一个水库，将其通过管道和另一个较低的水库相连接，使用廉价的夜间电力将水抽到高处，以备高峰时期转动涡轮。抽水蓄能占到世界储能的99%以上，但是不可避免的是，这种方式会导致25%的能量损失。许多设备能够短期储能1GW以上，最大的约为3GW，并且将会有不止一个设备被用在完全依靠太阳能和风力发电的大城市。

但是大多数大城市都不具有满足抽水蓄能的条件——陡峭的高山或深谷。包括上海、加尔各答和卡拉奇在内的很多大城市都位于沿海平原。他们只有在远距离传输时可以依靠抽水蓄能。对更紧凑、更灵活、更大规模、更低成本的电力存储的需求是不言而喻的。但是要实现这个奇迹仍较困难。

原文链接：Batteries Need to Get Big—Like, Enormous—for Solar Power to Shine.

本文由材料人编辑部丁菲菲提供素材，黄亚编译，点我加入材料人编辑部。

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