作者：Maurizio Di Paolo Emilio

硅谷的一家初創公司Gridtential Energy開發了一種名為Silicon Joule的雙極電池技術，該技術能夠將傳統的鉛電池轉變成功能強大，快速充電，持久的能源，用于車輛，家用電器，家庭和辦公室。Gridtential Energy首席執行官John Barton在接受《電力電子新聞》采訪時指出，獲得專利的AGM電池技術Silicon Joule將太陽能晶片處理技術整合到了新的雙極電池架構中，同時使用了現有的電池制造和回收基礎設施。這種高效，低成本和快速可擴展的技術減少了故障，延長了循環壽命，并大大提高了電源性能。

硅焦耳技術

作為基于鋰離子（Li-ion）電池的替代品，硅焦耳（Silicon Joule）是一種受太陽能啟發的技術，可振興已經可用的鉛電池技術生產設施。更準確地說，Gridtential的新技術用經過特殊處理的硅晶片取代了傳統鉛蓄電池中的金屬柵格，并且采用了創新的堆疊式電池架構，可以減輕重量，提高功率性能并延長使用壽命。這導致了前所未有的性能水平，同時保持了鉛的顯著成本優勢和可回收利用的能力。

如今，可再生能源存儲系統主要基于鋰離子技術。鋰離子電池具有非常輕的優點，同時提供了良好的循環壽命性能，但其成本仍然很高，并且與鉛技術相比，它們不防火。鋰離子電池儲能系統通常很復雜，因為每個電池的溫度和充電電壓都需要精確監控。更重要的是，鋰的開采經常引起環境方面的批評，而且鋰離子電池系統不容易回收利用，因此對于追求可持續發展的消費者而言，這并不是最佳選擇。

另一方面，硅焦耳電池可以在一半時間內充電，比傳統鉛電池重達30％，并且具有出色的熱穩定性，從而簡化了電池管理系統。另一個顯著的優勢是，使用成熟且被廣泛采用的回收系統，其回收率達到99.3％。反過來，與鋰離子電池相比，這具有明顯的安全性和可持續性優勢。由于可以使用現有的生產設備制造硅焦耳電池，因此它們可以很快滿足全球對安全和可持續儲能的需求。一些主要制造商已經獲得了批量生產硅焦耳電池的完全許可，并且一些國際合作伙伴正在試用這種創新技術，并在自己的工廠中制造和測試電池。

Gridtential Energy說：“我們材料的新穎性在于它可以在太陽能制造設施中制造。”“我們采用的行業已有100多年的歷史，并且將其與新興的行業相結合，該行業可以大量生產高質量，非常純凈的材料；在過去的幾十年中，太陽能行業已經經歷了大規模的規模化發展，并大幅降低了成本。”

Gridtential的Silicon Joule技術可將經過處理的硅晶片替換為傳統的鉛柵，并使用獲得專利的“堆疊和密封”架構將它們結合在一起，能夠提供均勻的電流分布和有效的熱管理，從而大大減少了因硫酸鹽化，腐蝕和柵格增長而引起的故障和故障。 。圖1顯示了基于硅焦耳的24 V電池的內部結構，并詳細說明了“堆疊和密封”架構。

圖1：24伏硅焦耳電池的內部結構

結果是一種先進的AGM鉛蓄電池，與傳統鉛蓄電池相比，其功率密度和放電率提高了5倍，而傳統的鉛蓄電池卻降低了75％的電費（LCOE），從而提供了高性能，而重量卻顯著降低。鋰離子電池的替代品。憑借其靈活的堆疊架構，Silicon Joule電池可適應各種電壓配置，包括12 V，24 V，36 V甚至48 V（單塊形式），適用于不同應用。

Gridtential Energy表示：“雙極電池技術的想法很簡單：在傳統設計中，電流不是橫穿柵極，而是利用硅晶片的整個表面積，從而使電流流過晶片的厚度。”硅晶片將相鄰的電池與電解液泄漏隔離開來，但同時又將相鄰的電池電連接。之所以能夠做到這一點，是因為硅是可以導電的材料之一，同時又不滲透硫酸。”

由于諸如硫酸鹽化和柵極腐蝕的失效機理，常規鉛電池的壽命有限，特別是在高放電速率和深度放電的情況下。這些缺陷限制了它們在可再生能源存儲空間中的廣泛應用。Silicon Joule技術從基本架構水平消除了這些性能限制，并以百分比而不是百分比的形式提高了循環壽命和功耗。出色的循環壽命特性如圖2所示，其中將硅焦耳電池的容量保留百分比與傳統的鉛酸AGM進行了比較。

圖2：整個周期內的容量保留百分比

應用領域

基于硅焦耳技術的電池性能卓越，使用壽命長，靈活性高，因此適用于各種儲能應用，包括小型混合動力和電動汽車，個人出行和家庭儲能。可以根據電池電壓對市場應用進行分組，如下所示：

24 V深循環（已提供）：電動掃地機，踏板車，輪椅，割草機，電動自行車

12V電源（自2021年第二季度起可用）：電源運動SLI，汽車起停，EV輔助

48伏深循環（在2021年2月提供）：高爾夫球車，電子書本，可再生能源存儲，電信，數據中心備份，微電網

48 V電源：（在2H 2021中可用）：輕度混合動力，EV輔助，ADAS，起停，信息娛樂，再生制動

編輯：hfy