低成本可再生能源儲存系統的核心：高豐度硅

材料牛注：困擾太陽能風能等可再生能源行業的一個主要問題就是剩余能量的儲存，以滿足在夜晚或者風力較小時的電力需求。不同于現有昂貴的熔鹽體系，馬德里的研究人員首次利用廉價易得的硅來儲存和轉化可再生能源。這一發現使可再生能源的大規模利用邁上一個新臺階！

馬德里的一組研究人員正在開發一種熱能儲存系統，該系統利用熔融硅來儲存比現有儲熱方案多十倍的能量。希冀能將此技術開發成新一代低成本的太陽能熱站，以便在城市中心儲存太陽能。

能量存儲是當前可再生能源（如風能和太陽能）面臨的主要挑戰。如果這些新能源想要成為可行的替代能源，我們需要大幅改進儲存剩余能源的能力。當太陽不發光或風不吹的時候，或者當夜幕降臨的時候，城市能夠利用這些能源。

目前的電池技術還不足以支撐此類儲存，所以整個行業的研究人員一直在探索一系列新的想法來改善儲能，包括商業化的太陽能熱能系統，比如通過熔鹽（鉀/鈣/硝酸鈉等）形式存儲聚集的太陽能，再經由熱發電機將熱量轉換回電力。

熔鹽基系統工作得相當好，但是它們需要復雜的泵，管道和傳熱流體來發電，使得它們運行成本昂貴還容易受到安全問題的影響，并且該系統所需的材料并不是豐富易得的。 如果我們擴大使用這些材料的工廠，很可能在幾十年內耗盡制造這些熔鹽所需要的元素。這就是為什么世界各地的研究人員正在尋找更安全，更便宜和更豐富的材料作為替代品。

馬德里理工大學（UPM）團隊提出的硅基方案可能是一個贏家，因為硅是世界上最便宜和最豐富的元素之一，其含量僅次于氧。

所提出的新熱能存儲系統使用聚焦的太陽光或可再生能源產生的剩余電力來加熱容器中的硅。熔融硅可以達到約1400 ℃的溫度且可以將其與周圍隔離，直到需要能量時再將熱能轉化回電能。硅的獨特性能允許它能在1立方米存儲超過1MWh的能量 ，比熔鹽多十倍。

該研究的負責人Alejandro Datas提到，使新系統工作的關鍵是使用熱光伏電池 ，一種相當新的技術，通過太陽能電板利用熱和光來發電。“在這么高的溫度下，硅和太陽以相同的方式熾烈地發光。” “因此，熱光伏能夠將白熾輻射轉換成電能。

Datas表示，不像其他發電機，該系統可以在極端溫度下工作，同時熱光伏電池可以達到超過50％的轉換效率，并且可以產生比一般的太陽能電池多100倍的單位面積電功率，這些才是該方案的關鍵 。

該方案聽起來肯定像是解決了很多問題：它使用豐富，便宜的材料，能夠比現有技術存儲多達10倍的能量，并且非常緊湊和安靜，沒有機動零件。

研究人員認為，他們的發明可以大大降低熱能領域的存儲和生產能源的成本。它還可以為可再生能源的能源儲存困境提供安全，經濟，有效的解決方案，并可用于供暖以及電力。

UPM團隊正在尋求將該技術商業化。為此他們建立了一個名為SILSTORE的商業項目，并已開始建立一個實驗室規模的原型。

原文鏈接：Abundant silicon at the heart of cheaper renewable energy storage system

文獻鏈接：Ultra high temperature latent heat energy storage and thermophotovoltaic energy conversion

本文由編輯部劉萬春提供素材，史文武編譯，劉宇龍審核，點我加入材料人編輯部。