給新能源車(chē)充電，有沒(méi)有可能像加油相同簡(jiǎn)單?電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)或許可以變理想為現(xiàn)實(shí)。

此前，我國(guó)科學(xué)院院士、香港科技大學(xué)機(jī)械與特種航天工程系教授趙天壽提出了電燃料儲(chǔ)能(e-fuel)的概念，使用者可以將事先在充電站充好電的載電液體直接灌入電燃料動(dòng)力電池中，用于放電和后續(xù)使用。

由于車(chē)上電燃料動(dòng)力電池的電極專用于放電，因此性能更高、壽命更長(zhǎng)。而且，該系統(tǒng)沒(méi)有貴金屬元素催化劑，還可以極大地降低系統(tǒng)的投資成本。

近日，香港理工大學(xué)機(jī)械工程系副教授安亮團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞報(bào)告mdash物理科學(xué)》發(fā)表論文，報(bào)道了一種電燃料動(dòng)力電池，使用高反應(yīng)活性電燃料以及不依賴催化劑的石墨氈電極，顯著提高了液體電燃料動(dòng)力電池的功率密度和能量效率。這也證明了電燃料儲(chǔ)能思路的可行性。

液體也能充電

氫氧燃料動(dòng)力電池被認(rèn)為是未來(lái)新能源車(chē)的潛在供能方式。然而，這種燃料動(dòng)力電池卻存在諸多弊端，不僅產(chǎn)氫、用氫都要貴金屬催化劑，氫氣要想實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)還存在安全性和成本的限制。

對(duì)此，趙天壽冒出一個(gè)想法mdashmdash能不能設(shè)計(jì)一種以可循環(huán)充放電液體為介質(zhì)的儲(chǔ)能系統(tǒng)呢?

早在2016年，我就開(kāi)始構(gòu)想一種燃料動(dòng)力電池，可以讓液體充上電。趙天壽對(duì)記者說(shuō)，以金屬離子電燃料為例，充電前是高價(jià)態(tài)，通入電流之后的電子變?yōu)榈蛢r(jià)態(tài)，就實(shí)現(xiàn)了電燃料的充電。同理，有機(jī)分子電燃料或者懸浮顆粒電燃料也可以通過(guò)得失電子進(jìn)行充放電。

香港科技大學(xué)機(jī)械與航天工程系助理教授徐建波介紹，這樣一套液體電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)包含電燃料、電燃料充電器和電燃料動(dòng)力電池三部分。

趙天壽表示，與傳統(tǒng)液流電池既要能充電又要能放電不同的是，在液體電燃料系統(tǒng)中，充電和放電單元是相互獨(dú)立的。充電過(guò)程在專門(mén)的電站中實(shí)現(xiàn)，放電過(guò)程則發(fā)生在分散的放電設(shè)備上，只需輸送液體電燃料就可完成能量在時(shí)間和空間上的轉(zhuǎn)移。

這不僅實(shí)現(xiàn)了充電與放電的電極解耦，還破解了以往電池因充放電共用電極導(dǎo)致氧化和還原反應(yīng)相互制約的難題。各部分可以設(shè)計(jì)專門(mén)的氧化或還原電極，提高了電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)性能，降低了成本。徐建波說(shuō)。

他同時(shí)指出，電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)由于穩(wěn)定性高，理論壽命長(zhǎng)達(dá)20年。從環(huán)保的角度看，電燃料充電裝置和電燃料動(dòng)力電池中不使用有害貴金屬，電燃料可回收并重復(fù)利用，克服了鋰離子電池、鉛酸電池等不可回收的缺陷。

服務(wù)大儲(chǔ)能消解風(fēng)光電

除了作為一種汽車(chē)動(dòng)力電源，新型電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)還能服務(wù)于大型固定式儲(chǔ)能設(shè)施。

過(guò)去十幾年，光伏和風(fēng)電的成本降低了80%之多，但從全球來(lái)看，光伏和風(fēng)電的應(yīng)用比例還不到6%。趙天壽說(shuō)，重要原因就是風(fēng)、光電供應(yīng)不穩(wěn)定，且地理分布分散。

抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能等多種儲(chǔ)能設(shè)施為解決風(fēng)、光電的上述問(wèn)題供應(yīng)了一種解決方法。然而，抽水蓄能電站要有山有水、壓縮空氣儲(chǔ)能依賴儲(chǔ)氣洞穴，都對(duì)地理?xiàng)l件提出了很高的要求。

徐建波介紹，新型電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)可以通過(guò)電燃料充電器存貯風(fēng)能或太陽(yáng)能，將電能儲(chǔ)存為電燃料的化學(xué)能，再通過(guò)電燃料動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)離網(wǎng)或并網(wǎng)供電。

這類(lèi)系統(tǒng)的儲(chǔ)能循環(huán)效率高于80%。趙天壽告訴記者，單算充電，效率可達(dá)90%以上，高效地將光、風(fēng)電存儲(chǔ)到電燃料中而在放電過(guò)程中，除了實(shí)現(xiàn)高效率，還達(dá)到了高功率密度。

徐建波強(qiáng)調(diào)，電燃料動(dòng)力電池峰值功率密度是傳統(tǒng)氫氧燃料動(dòng)力電池的2倍。

不僅如此，電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量是沒(méi)有限制的，是由電燃料的體積多少來(lái)決定。電燃料充電站就像煉油廠相同源源不斷地將可再生能源轉(zhuǎn)化為電燃料，電燃料動(dòng)力電池又可隨時(shí)隨地、高效高功率地為用戶供應(yīng)清潔電源。

清潔環(huán)保使用靈活

從廣義上說(shuō)，石油也是一種液體能量載體，在數(shù)百萬(wàn)、數(shù)千萬(wàn)年的過(guò)程中將太陽(yáng)能儲(chǔ)存在石油中。趙天壽說(shuō)。

作為一種液體載能介質(zhì)，石油用起來(lái)很方便，但卻存在兩大問(wèn)題。首先，石油雖燃燒很快，但儲(chǔ)能過(guò)程太過(guò)緩慢，石油再生的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上消耗的速度其次，使用化石燃料還會(huì)帶來(lái)碳排放及環(huán)境污染等問(wèn)題。

電燃料儲(chǔ)能假如同風(fēng)、光、水等清潔能源結(jié)合，剛好防止了石油這兩大缺陷。

一方面，電燃料充電器儲(chǔ)存的能量來(lái)自可再生能源，清潔環(huán)保。另一方面，這類(lèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)充電過(guò)程很快，可再生能源可以高效快速地充進(jìn)電燃料，然后被靈活方便地運(yùn)輸、使用。

可以說(shuō)，可再生能源清潔、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)以及電燃料自身靈活、方便的使用方式，奠定了電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)廣闊的應(yīng)用前景。

據(jù)趙天壽介紹，他們正在加快研發(fā)，促進(jìn)電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)在汽車(chē)動(dòng)力和大型固定式儲(chǔ)能設(shè)施等方面的落地應(yīng)用。關(guān)于車(chē)用動(dòng)力電源，他們將著眼能量密度和功率密度，盡可能讓電燃料動(dòng)力電池體積更加緊湊，使得加一次電燃料可行駛更長(zhǎng)距離。

而在固定式儲(chǔ)能方面，趙天壽團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在試驗(yàn)千瓦級(jí)儲(chǔ)能設(shè)施。

針對(duì)大型固定式儲(chǔ)能，目前我們可以實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有液流電池更好的穩(wěn)定性和更低的成本，但成本要進(jìn)一步降低才有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，我們計(jì)劃開(kāi)發(fā)價(jià)格更低、更穩(wěn)定的核心材料來(lái)進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本。徐建波說(shuō)，不久的將來(lái)，電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)有望實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用，在綠色出行、節(jié)能減排方面扮演重要角色。