把握電池的「身份危機」
作者 : Bill Schweber，EE Times/EDN/Planet Analog
我們應該將電池視為電力來源，抑或是它只是一種過渡性的能量儲存容器？這並不是什麼陷阱題：答案取決於其使用方式和位置，以及含義和對其作用的理解。
我們應該將電池視為電力來源，抑或是它只是一種過渡性的能量儲存容器？這並不是什麼陷阱題：答案取決於其使用方式和位置，以及含義和對其作用的理解。
如果只使用一塊電池來為自己的裝置、小工具或任何東西供電，我們可以將它視為電源。但是從整體情況來看，除非為電池充電或更換電池，否則它只是一個耗盡儲存能量的蓄電池。換句話說，如同老生常談，我們在這個問題上的立場取決於自己所處的位置。(請注意，此討論中隱含地包含了超級電容器；儘管它使用了一種非常不同的能量儲存機制，但仍然代表著一種可充電且類似電池的裝置。)
我之所以考慮這個問題，是因為將電池視為一種永無止境的電源獲得了廣泛的關注，甚至規模更大。例如，最近有一個研究計劃討論到一種新型電池。在此情況下，「自然能量儲存的微型超級電容石頭模組」(Micro-supercapacitive stone module for natural energy storage)計劃討論了韓國國民大學(Kookmin University)和金烏國立工科大學(Kumoh National Institute of Technology)的研究人員如何將石材製成超級電容，而使其用於儲能系統(ESS)單元——這些單元足夠堅固，可用於廚房櫃檯，因而可將其內建於房屋中(圖1)。
圖1：在天然石材表面製造高性能非對稱微型超級電容器(MSC)，研究人員設計了一種可擴展的儲能牆，作為整個建築介面內部或外部的3D能量站。
(圖片來源：American Chemical Society)
好的，到目前為止一切順利。但是與這項研究相關的一些公關資訊卻超越了這個角色，這意味著他們已經想出了一種新方法，使用這些可以把檯面和牆壁變成電池的石頭，而為未來的智慧家庭系統供電。像是有些諸如「未來智慧家庭可望由在石頭上打造的電子產品供電」(Future smart homes could be powered with electronics built on stones)的標題，有些報導則將這些超級電容陣列稱為「電源」，但究竟真的是或不是，則取決於個人的觀點。
即使這些超級電容器檯面的儲能容量(Wh)足以為房子供電一段時間，但為其充電所需的能源是什麼：太陽能、風能還是其他？這些故事有種「不勞而獲」的味道，意味著電池是無限的能源。然而，正如我們所知，在能源和電源方面，很少有免費的午餐。
我對將氫作為燃料電池的替代燃料討論也有同樣的擔憂。的確，可用的氫含量巨大，但要讓它成為一種燃料並不容易。無論使用基本的電解水還是更先進的製程，所提取的氫氣仍然是一種儲存能源。然而，許多關於氫的好處的討論，都暗示著它是一種一次能源，而不是一種儲存介質。
更讓人困惑的是，人們關注於在所謂的「車輛到電網」(V2G)中使用電動車及其電池的「電源」。在很多方面，這似乎是個好主意：當電網出現故障時，可以使用所有電動車電池來支援家庭甚至電網；更好的是，當電動車收集到它們不會立即需要的「額外的」電力時，它們可以將此多餘的電力送回電網(圖2)。
圖2：在「車輛到電網」拓撲中，車內的電池可以用作儲能系統(ESS)的基礎，該系統可以向電網供電以及從電網充電。
(圖片來源：Elsevier/Science Direct)
除了這一點，如果我退後一步，試圖得到一個概括，那就是這個討論有點「永動機」的味道——當汽車向電網發送能量以及電網為汽車充電時，能量以迴圈關係來回移動。這個安排中的每一方都想當然地認為對方會提供電能，但這可能不是一個可行的長期計畫。此外，V2G還要求為每輛車都配備一個雙向電源轉換器，這就增加了設計複雜性、散熱問題、空間要求，當然還有成本。
毫無疑問地，在某些情況下，讓所有這些車輛在適當的條件下自願將把寶貴的電池能量轉存到電網上是有意義的，但我並沒有看到這種情況經常發生或者大規模發生。人們願意花大錢購買電池容量更大的汽車，以便獲得更長的續航里程，結果卻發現自己把一部份能量轉移到匿名電網上，這看起來確實有點諷刺或者一廂情願。
這並不是說，將車輛的電池用作交流電源沒有任何作用——與支持電網無關。廣受歡迎且配備完整Pro Power Onboard系統的福特F-150，擁有內建的引擎和全功率面板——當電池電量變低時，該面板可將卡車的引擎用作發電機，因此就可使床上的家用式120V插座保持有電並有效，如圖3所示。
圖3：福特F-150所配備的完整的基於電池的ESS，能夠提供120/240VAC，並可根據需要從主引擎對電池組進行自動充電。
(圖片來源：福特汽車)
該引擎可根據需要啟動和關閉來保持系統供電；對於混合型號F-150，它可以為工具、燈甚至電器的運行提供高達7.2kW的可用功率。儘管如此，將其用作本地工作或在停電期間實現供電的高級發電機，與在V2G模式下使用它來支援電網是非常不同的。
我們可以在許多線上資源中看到一些有趣的V2G觀點和預測，包括IEEE Spectrum雜誌中的三篇最新文章。請注意，V2G在非技術媒體和網站上也得到了相當多的關注，但其中大部份在技術事實上完全是錯誤的，並在關鍵問題上造成了混淆或混亂。
您如何看待將V2G作為一種基礎廣泛的方法，即利用汽車電池來儲存再生能源等各種能源所產生的多餘電力，然後在需要時將這些電力輸送到電網的可行性？這在技術上可行嗎？值得嗎？會大規模發生嗎？還是只是一次「學術」練習，僅此而已？
編譯：Franklin Zhao
(參考原文：Grasping at the battery “identity crisis”，by Bill Schweber)
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