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環球零碳
碳中和領域的《新青年》
首圖來源：ExtremeTech
撰文：Bell
編輯：小瀾
→這是《環球零碳》的1793篇原創
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，大多數人腦海中首先浮現的可能是“鋰離子電池”——它幾乎占據了從手機、電動汽車到大規模儲能的各個領域。
然而，鋰資源的分布不均、成本波動以及開采過程中的環境與社會問題，促使科學家們不斷尋找更優的替代方案。
現在，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）的完整儲能系統示范項目，已經成功問世。
由弗勞恩霍夫集成系統與器件技術研究所（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，證明了其穩定性和實用性。
可以說，這項突破標志著整個行業向“無鋰儲能”邁出了重要一步。
圖說：由軟包電池、電池模塊、電池管理系統和量子傳感器組成的鋁石墨雙離子電池系統
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勢在于其活性材料的豐富性與經濟性——鋁和石墨均在地殼中廣泛存在且易于獲取，使得電池在大規模應用中具備天然的成本優勢。
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，與許多傳統電池系統不同，鋁離子電池支持在極短時間內以高倍率完成充放電，這使其成為動態電網穩定應用的理想選擇。
隨著風能、太陽能等間歇性可再生能源在電網中占比越來越高，電網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”來平衡系統。
這種場景對電池的功率性能和循環壽命要求極高，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了這方面的卓越潛力。
據IISB研究所稱，實驗室中的單體鋁離子電芯在100%深度放電（DoD）條件下實現了超過一萬次的循環，且庫侖效率接近100%，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，并且經久耐用。
基于這些特性，鋁離子電池在超短脈沖系統以及動態電網穩定等高性能儲能應用中展現出巨大的潛力。
而將高性能的電芯集成為穩定可靠的系統，是技術走向實用的必經之路。目前，許多新型鋁離子電池技術仍處于實驗室階段，系統級演示驗證十分罕見。
如今，IISB研究所最新發布的報告顯示，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）。
這個系統搭載了基于開源平臺foxBMS?的無線電池管理系統（BMS），主從單元之間通過安全的射頻通信，省去了復雜的線束，也增加了系統的靈活性和可靠性。
此外，電池系統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項目電池系統的詳細組件架構
來源：IISB
在測試中，這個示范系統基于真實的電網頻率數據，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）的高倍率動態電流負載下，系統依然能長期保持穩定運行。
這不僅驗證了單體電芯的高功率特性在系統層面得以保留，更證明了從電芯制造、成組互聯到系統集成整個鏈條的可行性與穩定性。
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“削峰填谷”和提供虛擬慣性的雙重任務。
除了性能，可持續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的要求，這使得該技術在全球對可持續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）雖已展現出潛力，但與傳統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，雖然其循環壽命在實驗室已展示出超過1萬次的潛力，但在實際系統復雜工況下的長期耐久性，仍需更多驗證。
此外，該系統的成本優勢雖基于廉價原材料，但大規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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