超高温碳电池有望实现超低成本的热能和能量存储

【蜂耘网  电子电工】比尔·盖茨（Bill Gates）支持的初创公司安托拉能源公司（Antora Energy）正准备推出一种集装箱式模块化热电池，旨在以尽可能低的成本储存可再生能源，然后以电力或工业加工热能的形式高效释放。

这一切都是为了实现重工业的去碳化--这是一项必须完成的工作，但由于可再生能源时断时续的特性，这也是一项棘手的工作。如果有化石燃料可以根据需要提供热量，那么工厂全天候运行就很容易，但如果没有太阳呢？

Antora的"砖烤面包机"热电池提出了一种解决方案：利用廉价的可再生能源加热隔热容器中的普通粘土砖，然后在需要时以高达 1500 °C （2,700 °F）的工艺热量形式回收能量，成本约为化学电池的五分之一。利用廉价、丰富的材料，Rondo 公司希望大规模部署这一解决方案，目标是在 15 年内将全球二氧化碳排放量减少 15%。

公司的首个示范装置，正在加利福尼亚州 Wellhead Electric Company 的设施中部署。

Antora 相信，它的碳基系统可以更便宜、更有用。说它更有用，是因为它的温度更高，能够提供高达 2000 °C（3632 °F）的热量，因此与炼钢等大型工业领域密切相关。此外，这些能量还可以通过超高效热光电板以电力形式回收。

公司联合创始人兼首席执行官安德鲁-波尼（Andrew Ponec）在 Medium 上发帖解释了 Antora 选择碳块的原因，其实质是："碳块是其他几种工业流程的废弃物，也是金属行业的常见投入品，通过完善的供应链，这些碳块的数量几乎不受限制，是"目前成本最低的散装热存储材料之一"，材料成本约为 1 美元/千瓦时，比锂离子电池便宜约 50 倍。"

固态碳具有高导热性和高机械强度，温度越高，强度越高，因此能够快速吸收大量能量,碳块在高达 3000 °C（5432 °F）的温度下仍能保持固态，大约是钢熔化温度的两倍，从而避免了熔盐和其他液态储热介质的许多问题,高能量密度使这些碳块易于运输，并使 Antora 热电池在现场占地面积小.

波尼写道："碳的极端温度稳定性的最后一个优势与传热有关。辐射传热与源物体温度的四次方（T⁴）成正比，因此如果将温度提高一倍，辐射传热就会增加 16 倍。这是一个强大的比例因子！结果就是，在高于 1500 °C 的温度下，热传递的原理与我们在室温下所习惯的完全不同。辐射比传导和对流更占优势。例如，在 2000 °C 的温度下，99% 以上的热传递是通过光而不是传导和对流进行的。"

因此，Antora 的系统利用光辐射来利用碳砖发出的热量，波尼认为这种方法"比其他方法更简单、更便宜、更可靠"。如果客户需要热能，系统会加热装有蒸汽、热空气或其他工艺流体的管道，然后通过管道输送到设施周围需要热能的地方。

如果客户需要用电，Antora 可以将热量转化为电能。波尼解释说："我们将热量照射到改良的光伏板（类似于太阳能电池板）上，从而产生电力。我们的团队已经开发出一种打破世界纪录的固态热引擎，只需几微米的材料，没有移动部件，就能将辐射热转化为电能。这是后话，但现在我们只能说，拥有一个结构紧凑、功率密度高、可扩展且高效的设备，能够将热量转化为电能，是非常有用的！"

试验炉在高达 1500 °C的温度下发光

这让我们想到了去年我们报道过的麻省理工学院的一种突破性热光电（TPV）电池，它能将热量转化为电能，效率高达 40% 左右，大大优于平均效率接近 35% 的普通蒸汽轮机。事实上，相关研究人员提到，基于石墨的热存储和回收系统是他们的主要目标之一。

由于 Antora 也是麻省理工学院的衍生公司，我们不禁怀疑 Antora 的碳热电池系统是否真的使用了这种热塑性硫化弹性体热引擎。但事实并非如此，它似乎使用的是另一个团队开发的不同的砷化镓铟热电偶电池，去年 11 月发表在《焦耳》（Joule）杂志上的一篇论文显示其效率为 38.8%。

Antora 公司告诉麻省理工学院新闻（MIT News），该公司已经开设了一家生产这种热塑性光伏电池的工厂，这是世界上最大的此类工厂，预计年产能为 2 兆瓦。该公司正在美国各地开展 30-60 兆瓦范围内的工业项目，预计从 2025 年左右起，碳电池装置将陆续投入使用，该公司希望积极扩大规模。碳热电池是集装箱式的，因此可以在中央工厂组装，很容易运到现场，客户可以根据需要以模块化的形式安装。

（蜂耘电子电工网   责任编辑：辛渺）