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為了將長時儲能成本降低到0.05美元/千瓦時，美國能源高級研究計劃局（ARPA-E）資助了10個團隊，這10個研究團隊在追求液流電池、氫儲能和其他技術上的突破。
每個團隊有自己的研究項目，團隊利用聯(lián)邦政府的撥款取得了一定程度的研究進展。
根據(jù)美國能源高級研究計劃局(ARPA-E)的DAYS項目，最終目標是實現(xiàn)每千瓦時0.05美元且可持續(xù)數(shù)日的儲能。
以下是這10個項目的亮點，它們涵蓋了企業(yè)、大學和其他團隊。
硫流電池
液流電池利用電流產(chǎn)生電解液，電解液可以與電池分開儲存，電解液通過電池的“流動”來產(chǎn)生電能。因此，使用液流電池的長時儲能只需要較大的存儲容量。
Form Energy公司研究這種硫流電池，該公司的目標是用比鋰離子電池“便宜10倍或以上”的硫流電池來實現(xiàn)“整周備份電力”。含水的硫流電池是可充電電池中化學成本最低的，但其效率也較低。為了提高效率，公司正致力于陽極和陰極的配方、隔膜和物理系統(tǒng)的設計。
該公司有一個項目專注于研究硫錳流電池，與勞倫斯伯克利國家實驗室、麻省理工學院和賓夕法尼亞州立大學是伙伴關系。
電解氫
田納西大學諾克斯維爾分校的一個研究小組致力于提高電能轉化為氫氣再轉化為電能的往返過程的效率。該小組目前的方法是用電來驅動一個電解槽，將水轉化為氫和氧，然后利用燃料電池中的氫和氧來發(fā)電和供水。
小組首席研究員Thomas博士說表示，制造可再生燃料電池一直以來都是我們的目標，這是一種兼具燃料電池和電解質功能的單一設備。但在先前，這些設備的整體效率很低，因此這個新項目采取了另一種方法，通過改變電芯中的一種化學反應，繞過效率瓶頸。
研究小組將開發(fā)一種可逆性的燃料電池，將氫和氧轉化為液態(tài)過氧化氫而不是水。首先，電被用來驅動可逆性燃料電池，它將過氧化氫轉化為氫和氧然后將其儲存起來，如此進行循環(huán)。使用過氧化氫代替水的好處是在充放電系統(tǒng)中有更高的效率。
鋅溴液流電池
Primus Power公司在生產(chǎn)溴化鋅流動電池，并從加州能源委員會獲得了400萬美元的撥款，用于增加25 kW、5h的EnergyPod 2系統(tǒng)的電能。
根據(jù)ARPA-E授權，Primus Power公司將與哥倫比亞電化學能源中心合作，通過利用鋅和溴在電池中的行為方式，不需使用分離器來分離帶電的反應物。新的配置預計將允許所有的電解液儲存在一個單一的槽中，而非多個電池，從而減少了系統(tǒng)成本。
熱伏發(fā)電
安托拉能源公司（AntoraEnergy）將使用電力來驅動電阻式加熱器，將碳塊加熱到2000°C以上。碳塊將被暴露在熱伏板上用于發(fā)電。Antora開發(fā)一種“熱伏發(fā)電熱機”，通過新型材料以及智能系統(tǒng)設計將面板的效率提高一倍。
鎂錳氧化物發(fā)電
位于密歇根州立大學(Michigan State University)的研究小組將開發(fā)出一套模塊系統(tǒng)，將鎂錳氧化物(Mg-Mn-O)顆粒加熱到足以釋放氧氣的溫度。為了發(fā)電，該系統(tǒng)將空氣通過粒子(現(xiàn)在是Mg-Mn)引發(fā)化學反應，釋放熱量來驅動燃氣渦輪發(fā)電機。
熱儲能發(fā)電
在這里，有三個項目的目標是提高以熱的形式儲存電能的效率，然后利用這些熱能來驅動渦輪發(fā)電機組。
美國國家可再生能源實驗室(National Renewable EnergyLaboratory)和科羅拉多礦業(yè)學校合作，將開發(fā)一種利用電力驅動高性能熱交換器的系統(tǒng)，該熱交換器將把價格低廉的固體顆粒加熱到1100 ℃以上。這些顆粒被儲存在保溫筒倉中，最長可達幾天。當需要電力時，熱顆粒將通過流化床熱交換器，加熱工作流體，從而驅動附著在發(fā)電機上的布雷頓能量聯(lián)合循環(huán)渦輪機。
布雷頓能源公司將開發(fā)具有成本競爭力的熱儲能系統(tǒng)與創(chuàng)新型的渦輪機。其中每個渦輪機械階段都被設計成既充當壓縮機又充當渦輪，在充放電周期之間交替使用。通過簡化系統(tǒng)，該方法有望提高效率并降低資本成本。
為了發(fā)電，將使用電力加熱如沙子或混凝土等低成本的材料，然后用產(chǎn)生的熱能加熱液態(tài)二氧化碳，先將其加熱到超臨界壓力，被加熱的超臨界二氧化碳將通過渦輪膨脹來發(fā)電。
加壓地下水發(fā)電
Quidnet能源公司正在開發(fā)一種將水泵入地下承壓巖石，產(chǎn)生高壓的方法。通過ARPA-E的資助，Quidnet可以展示利用地下的高壓水發(fā)電的能力，找到合適的方法使美國的多個地區(qū)都可以進行此操作。
在上述10個項目中，有5個項目將在2021年完成，另外5個將在2022年完成。每個團隊必須估算一個完整的系統(tǒng)成本，并參照ARPA-E的0.05美元/千瓦時的長期儲能目標。
每個團隊有自己的研究項目，團隊利用聯(lián)邦政府的撥款取得了一定程度的研究進展。
根據(jù)美國能源高級研究計劃局(ARPA-E)的DAYS項目，最終目標是實現(xiàn)每千瓦時0.05美元且可持續(xù)數(shù)日的儲能。
以下是這10個項目的亮點，它們涵蓋了企業(yè)、大學和其他團隊。
硫流電池
液流電池利用電流產(chǎn)生電解液，電解液可以與電池分開儲存，電解液通過電池的“流動”來產(chǎn)生電能。因此，使用液流電池的長時儲能只需要較大的存儲容量。
Form Energy公司研究這種硫流電池，該公司的目標是用比鋰離子電池“便宜10倍或以上”的硫流電池來實現(xiàn)“整周備份電力”。含水的硫流電池是可充電電池中化學成本最低的，但其效率也較低。為了提高效率，公司正致力于陽極和陰極的配方、隔膜和物理系統(tǒng)的設計。
該公司有一個項目專注于研究硫錳流電池，與勞倫斯伯克利國家實驗室、麻省理工學院和賓夕法尼亞州立大學是伙伴關系。
電解氫
田納西大學諾克斯維爾分校的一個研究小組致力于提高電能轉化為氫氣再轉化為電能的往返過程的效率。該小組目前的方法是用電來驅動一個電解槽，將水轉化為氫和氧，然后利用燃料電池中的氫和氧來發(fā)電和供水。
小組首席研究員Thomas博士說表示，制造可再生燃料電池一直以來都是我們的目標，這是一種兼具燃料電池和電解質功能的單一設備。但在先前，這些設備的整體效率很低，因此這個新項目采取了另一種方法，通過改變電芯中的一種化學反應，繞過效率瓶頸。
研究小組將開發(fā)一種可逆性的燃料電池，將氫和氧轉化為液態(tài)過氧化氫而不是水。首先，電被用來驅動可逆性燃料電池，它將過氧化氫轉化為氫和氧然后將其儲存起來，如此進行循環(huán)。使用過氧化氫代替水的好處是在充放電系統(tǒng)中有更高的效率。
鋅溴液流電池
Primus Power公司在生產(chǎn)溴化鋅流動電池，并從加州能源委員會獲得了400萬美元的撥款，用于增加25 kW、5h的EnergyPod 2系統(tǒng)的電能。
根據(jù)ARPA-E授權，Primus Power公司將與哥倫比亞電化學能源中心合作，通過利用鋅和溴在電池中的行為方式，不需使用分離器來分離帶電的反應物。新的配置預計將允許所有的電解液儲存在一個單一的槽中，而非多個電池，從而減少了系統(tǒng)成本。
熱伏發(fā)電
安托拉能源公司（AntoraEnergy）將使用電力來驅動電阻式加熱器，將碳塊加熱到2000°C以上。碳塊將被暴露在熱伏板上用于發(fā)電。Antora開發(fā)一種“熱伏發(fā)電熱機”，通過新型材料以及智能系統(tǒng)設計將面板的效率提高一倍。
鎂錳氧化物發(fā)電
位于密歇根州立大學(Michigan State University)的研究小組將開發(fā)出一套模塊系統(tǒng)，將鎂錳氧化物(Mg-Mn-O)顆粒加熱到足以釋放氧氣的溫度。為了發(fā)電，該系統(tǒng)將空氣通過粒子(現(xiàn)在是Mg-Mn)引發(fā)化學反應，釋放熱量來驅動燃氣渦輪發(fā)電機。
熱儲能發(fā)電
在這里，有三個項目的目標是提高以熱的形式儲存電能的效率，然后利用這些熱能來驅動渦輪發(fā)電機組。
美國國家可再生能源實驗室(National Renewable EnergyLaboratory)和科羅拉多礦業(yè)學校合作，將開發(fā)一種利用電力驅動高性能熱交換器的系統(tǒng)，該熱交換器將把價格低廉的固體顆粒加熱到1100 ℃以上。這些顆粒被儲存在保溫筒倉中，最長可達幾天。當需要電力時，熱顆粒將通過流化床熱交換器，加熱工作流體，從而驅動附著在發(fā)電機上的布雷頓能量聯(lián)合循環(huán)渦輪機。
布雷頓能源公司將開發(fā)具有成本競爭力的熱儲能系統(tǒng)與創(chuàng)新型的渦輪機。其中每個渦輪機械階段都被設計成既充當壓縮機又充當渦輪，在充放電周期之間交替使用。通過簡化系統(tǒng)，該方法有望提高效率并降低資本成本。
為了發(fā)電，將使用電力加熱如沙子或混凝土等低成本的材料，然后用產(chǎn)生的熱能加熱液態(tài)二氧化碳，先將其加熱到超臨界壓力，被加熱的超臨界二氧化碳將通過渦輪膨脹來發(fā)電。
加壓地下水發(fā)電
Quidnet能源公司正在開發(fā)一種將水泵入地下承壓巖石，產(chǎn)生高壓的方法。通過ARPA-E的資助，Quidnet可以展示利用地下的高壓水發(fā)電的能力，找到合適的方法使美國的多個地區(qū)都可以進行此操作。
在上述10個項目中，有5個項目將在2021年完成，另外5個將在2022年完成。每個團隊必須估算一個完整的系統(tǒng)成本，并參照ARPA-E的0.05美元/千瓦時的長期儲能目標。
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