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環(huán)球零碳

碳中和領域的《新青年》

首圖來源：ExtremeTech

撰文：Bell

編輯：小瀾

→這是《環(huán)球零碳》的1793篇原創(chuàng)

在全球能源轉型的大潮中，儲能技術正扮演著越來越關鍵的角色。

而當我們提到電池，大多數(shù)人腦海中首先浮現(xiàn)的可能是“鋰離子電池”——它幾乎占據(jù)了從手機、電動汽車到大規(guī)模儲能的各個領域。

然而，鋰資源的分布不均、成本波動以及開采過程中的環(huán)境與社會問題，促使科學家們不斷尋找更優(yōu)的替代方案。

現(xiàn)在，一項來自德國的突破性進展，為我們打開了一扇全新的大門：全球首個基于鋁-石墨雙離子電池（AGDIB）的完整儲能系統(tǒng)示范項目，已經(jīng)成功問世。

由弗勞恩霍夫集成系統(tǒng)與器件技術研究所（IISB）領導的INNOBATT項目團隊，首次將一個全新的電池化學體系，從微小的實驗電芯，擴展并集成為一個可以實際運行、測試的完整電池模塊。

這意味著，一種不含鋰、以地球上儲量豐富且廉價的鋁和石墨為核心材料的電池技術，首次在接近真實場景的條件下，證明了其穩(wěn)定性和實用性。

可以說，這項突破標志著整個行業(yè)向“無鋰儲能”邁出了重要一步。

圖說：由軟包電池、電池模塊、電池管理系統(tǒng)和量子傳感器組成的鋁石墨雙離子電池系統(tǒng)

來源：IISB

那么，這種鋁離子電池究竟有何特別之處？為什么這一成果值得被關注？

首先，鋁離子電池的核心優(yōu)勢在于其活性材料的豐富性與經(jīng)濟性——鋁和石墨均在地殼中廣泛存在且易于獲取，使得電池在大規(guī)模應用中具備天然的成本優(yōu)勢。

同時，相較于鋰離子電池，鋁離子電池更不易燃，提升了電池的安全性。

而且，與許多傳統(tǒng)電池系統(tǒng)不同，鋁離子電池支持在極短時間內(nèi)以高倍率完成充放電，這使其成為動態(tài)電網(wǎng)穩(wěn)定應用的理想選擇。

隨著風能、太陽能等間歇性可再生能源在電網(wǎng)中占比越來越高，電網(wǎng)頻率的瞬間波動也變得更加頻繁和劇烈。

這時，就需要儲能設備能夠以秒甚至毫秒級的速度進行充放電，通過大量低能量的“微循環(huán)”來平衡系統(tǒng)。

這種場景對電池的功率性能和循環(huán)壽命要求極高，而對能量密度的需求反而相對次要。

來源：iStock

而鋁離子電池恰恰展現(xiàn)了這方面的卓越潛力。

據(jù)IISB研究所稱，實驗室中的單體鋁離子電芯在100%深度放電（DoD）條件下實現(xiàn)了超過一萬次的循環(huán)，且?guī)靵鲂式咏?00%，能量效率超過85%。

這意味著它能夠以極快的速度，反復吞吐電能，并且經(jīng)久耐用。

基于這些特性，鋁離子電池在超短脈沖系統(tǒng)以及動態(tài)電網(wǎng)穩(wěn)定等高性能儲能應用中展現(xiàn)出巨大的潛力。

而將高性能的電芯集成為穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)，是技術走向?qū)嵱玫谋亟?jīng)之路。目前，許多新型鋁離子電池技術仍處于實驗室階段，系統(tǒng)級演示驗證十分罕見。

如今，IISB研究所最新發(fā)布的報告顯示，INNOBATT項目團隊已成功建成一套完整的鋁離子電池系統(tǒng)演示驗證裝置。

研究人員構建了一個由8個軟包電芯組成的電池模塊（采用4串2并的配置）。

這個系統(tǒng)搭載了基于開源平臺foxBMS?的無線電池管理系統(tǒng)（BMS），主從單元之間通過安全的射頻通信，省去了復雜的線束，也增加了系統(tǒng)的靈活性和可靠性。

此外，電池系統(tǒng)模塊中還集成了一款基于金剛石中氮-空位中心的量子電流傳感器。

這款傳感器的測量范圍橫跨五個數(shù)量級，這意味著它能夠以高精度跟蹤細微和劇烈的電流動態(tài)變化，為電池的高精度管理提供了前所未有的“火眼金睛”。

圖說：INNOBATT項目電池系統(tǒng)的詳細組件架構

來源：IISB

在測試中，這個示范系統(tǒng)基于真實的電網(wǎng)頻率數(shù)據(jù)，模擬了提供瞬時備用功率的應用。

結果顯示，即使在10C（即理論上10分鐘充滿或放空電）的高倍率動態(tài)電流負載下，系統(tǒng)依然能長期保持穩(wěn)定運行。

這不僅驗證了單體電芯的高功率特性在系統(tǒng)層面得以保留，更證明了從電芯制造、成組互聯(lián)到系統(tǒng)集成整個鏈條的可行性與穩(wěn)定性。

AGDIB化學體系同時支持極高的充電和放電速率，使其能夠更靈活地應對電網(wǎng)“削峰填谷”和提供虛擬慣性的雙重任務。

除了性能，可持續(xù)性也是這個項目貫穿始終的核心理念。

研究人員采用物理分離工藝來評估電芯的回收潛力，避免了有毒化學品的使用，為建立閉合的材料循環(huán)鋪平了道路。

整個模塊的設計遵循“為回收而設計”的策略，其回收效率目標甚至超過了當前歐盟法規(guī)的要求，這使得該技術在全球?qū)沙掷m(xù)能源存儲的需求飆升之際極具吸引力。

當然，任何新技術從示范走向廣泛商用，都還有很長的路要走。

目前，這種鋁離子電池的能量密度（實驗室電芯可達約160 Wh/kg）雖已展現(xiàn)出潛力，但與傳統(tǒng)鋰離子電池相比仍有差距，它更側重于上文提到的功率型應用。

同時，雖然其循環(huán)壽命在實驗室已展示出超過1萬次的潛力，但在實際系統(tǒng)復雜工況下的長期耐久性，仍需更多驗證。

此外，該系統(tǒng)的成本優(yōu)勢雖基于廉價原材料，但大規(guī)模制造工藝的成熟度將是決定其最終市場競爭力的關鍵。

盡管如此，這個“全球首個”示范系統(tǒng)的成功，其象征意義和指引方向無比清晰。

它打破了“無鋰電池技術難出實驗室”的魔咒，為后鋰電池時代提供了一條切實可行的技術路徑。

Reference：

[1]https://interestingengineering.com/energy/aluminum-graphite-battery-demonstrator

[2]https://www.ess-news.com/2025/12/05/worlds-first-high-power-aluminum-ion-battery-system-for-energy-storage/

[3]https://www.iisb.fraunhofer.de/en/press_media/press_releases/pressearchiv/archiv_2025/INNOBATT-demonstrator.html

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