鋁的儲能潛力，遠超氫和鋰電池（圖自：SPF Institute for Solar Technology）

據悉，如果將鋁作為氧化還原循環電池中的儲能介質，其能量密度可達鋰離子的 50 倍以上。

隨著世界各地正在向著零碳排放努力，廉價可再生能源的間歇性問題也日漸凸顯。以太陽能為例，光伏面板只有在光照良好的時段高效收集能量。

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此時就需要考慮如何將富余的能量，短暫地存儲于某種形式的電池中，以便在太陽落山后再釋放。此類大型儲能項目已在多地部署，并且證明了它們的價值。

但若將時間放長到季節性層面，清潔能源的間歇性會更加凸顯 —— 離赤道越遠、冬季的光照就越少。

多年來，瑞士 SPF 太陽能技術研究所的工作人員們，一直在深入研究基于鋁的氧化還原循環。

好消息是，在歐盟 Horizon Europe 計劃和瑞士政府的資助下，他們剛剛啟動了一個名為 Reveal 的新研究項目，并且吸引了來自七個歐洲國家的九個合作伙伴。

其實早在 2020 年，SPF 團隊就已經在一份報告中描述過 —— 一塊 1 m3（35.3 立方英尺）的鋁塊，能夠儲存大約 23.5 兆瓦時的能量。

這一數字是鋰離子電池的 50 倍以上，在當年可為美國普通家庭供應 2.2 年。若從體積換成重量，鋁每公斤鋁亦可儲存 8.7 kWh（約為特斯拉 Model 3 的 33 倍）。

理想中的“低溫鋁制氫”能量轉換過程（假設燃料電池效率為 50%）

當然，一整塊鋁用起來實在不太方便，因而 Reveal 團隊建議換成直徑 1 mm（0.04 英寸）的鋁球來代替。盡管損失了一些體積密度，但每立方米仍可儲能 15 兆瓦時以上。

當然，想要充分利用鋁儲存的能量，還涉及更加復雜的輸入 / 輸出設計。比如在“充電”過程中，多余的可再生能源可用于將氧化鋁 / 氫氧化鋁轉換為純金屬。

參考工業上的電解過程，這需要大約 800℃（1472℉）的溫度。但為了避免傳統冶煉廠的碳排放過程，研究人員也得用到新型惰性電極。

簡單估算的話，研究團隊估計整套系統的“充電”效率在 65% 左右。但其最大的優勢，還是所用的原材料都相當豐富、成本低廉（某些廢料）、且易于儲存和運輸。

四個瑞士城市的（年/月）光照走勢

即使鋁會在與環境空氣接觸時發生氧化，但氧化層的厚度不到半納米。所以空氣中存放的直徑 1mm 的鋁球，其化學能損失也遠低于 1% 。

想要轉換的話，也可在較低的溫度下完成 —— 通過小于 100℃（212 ℉）的鋁水反應，生成氫氧化鋁與純氫氣。

然后氫氣可直接進入 PEM 燃料電池堆并輸出電力，過程中產生的熱量可用于供暖或生活熱水。

若在超過 200℃（392℉）的溫度下運行，鋁還可與蒸汽反應生成氧化鋁、氫氣、以及更高的熱量水平，且足夠提供給工業相關的應用。

Reveal 項目提議的鋁“冶煉”儲能 / 目的地釋放“熱與電”的圖解

在 Reveal 的計劃中，鋁的“充電”過程可在中央冶煉廠完成。之后可批量運輸至公寓樓、工業設施、甚至個人住宅以實現“現場釋放”，期間所需的設備都相對簡單且易于維護。

在耗盡“鋁電池”中儲存的能量之后，氧化鋁和氫氧化物還可回爐重造，理想情況下更是可以實現無限次數的循環，因而客戶無需苦惱于任何持續的原材料成本。

參考今年 2 月的一份報告，SPF 團隊預估該項目全生命周期的平均能源成本（LCOE）低至 0.09 歐元 —— 遠低于近年各種“大電池”儲能項目的 0.15 美元左右。