專門為軍事和太空計劃製造電池的 EaglePicher Technologies 公司正與聯邦政府合作開發強大的電池儲存技術，以幫助公用事業公司平滑可再生能源的波動。
對於位於密蘇里州喬普林市的這家公司來說，這是一條熟悉的道路。
EaglePicher 在 20 世紀 80 年代中期開始為太空應用開發一種使用鈉和硫元件的電池。其模型在 1997 年的哥倫比亞號太空梭上成功執行。
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但到那時，軍事和太空電池的重點已轉移到美國的鋰離子模型，而鈉硫電池的動力在這個國家消失了。EaglePicher 封存了它的工作。
現在，EaglePicher 重返賽場，與太平洋西北國家實驗室 (PNNL) 合作開發鈉硫電池，該專案獲得了能源部高階研究計劃署-能源 (ARPA-E) 提供的 720 萬美元資助。這是 2009 年為促進清潔能源突破而頒發的 37 個獎項之一。EaglePicher 正在為這個為期三年的專案提供 180 萬美元的餘額資金。
由於能源部的研發預算在國會面臨不確定的未來，此類清潔能源夥伴關係的未來也充滿不確定性。本週，ARPA-E 將在華盛頓舉行的 2011 年創新峰會上展示其受資助者，彙集科學家、風險資本資助者和民選官員，以爭取對奧巴馬總統到 2035 年美國電力供應的 80% 來自清潔能源的目標的政治支援。
PNNL 估計，如果美國到 2030 年要從可再生能源獲得 20% 的電力，那麼將需要超過 200,000 兆瓦時的儲能電力。其概念是在可再生能源過剩時（例如夜間的風能）儲存電力，並在白天的高峰需求期間使用它。
鈉硫電池的特性非常適合這一點。雖然這項技術最初是在美國開創的，但後來被放棄了，但日本看到了希望並將其拾起。日本的通商產業省選擇它作為有針對性的機會。
日本接受了這個想法並付諸實踐
東京電力公司和 NGK Insulators 在 20 世紀 90 年代推動了鈉硫電池的開發，如今，NGK 是主要的商業製造商。尋求大型儲能電池用於可再生能源的美國公用事業公司可能面臨一年或更長時間的等待。
這相當於美國參與的第二大電池技術失誤。消費電子產品中無處不在的鋰離子電池背後的技術是由美國物理學家約翰·古迪納夫在 20 世紀 70 年代末發明的，並獲得了美國空軍 20,000 美元的資助。它被美國製造商忽視，但在 20 世紀 90 年代被索尼和其他日本公司商業化。
PNNL 科學家和專案協調員戈登·格拉夫表示，該實驗室與 EaglePicher 的合作旨在超越 NGK 的設計，完善更緊湊的架構，從而顯著提高電池的效率和效能，同時大大簡化製造過程。
“這是一個設計上的徹底改變，”擁有 22 項專利的格拉夫說。“這是我們可以實現這一步飛躍的方式之一。”
在位於華盛頓州里奇蘭的 PNNL 設施中，格拉夫舉起一塊 NGK 電池，解釋了 PNNL 和 EaglePicher 團隊希望利用的機會。
NGK 電池是一個圓柱體，中心是鈉，透過陶瓷膜與熔融硫隔離，陶瓷膜允許鈉離子透過以產生電池的電流。NGK 膜和外殼的管狀設計簡化了在電池內部易揮發的化學物質上保持牢固密封的過程，電池內部溫度達到 350 攝氏度。
EaglePicher 高階電池專案主管大衛·盧塞羅說，如果電池可以用平面膜代替，並裝在盒狀結構中，那麼電池可以提供更多的功率，在更低的溫度下執行，並且會更堅固，並且更容易大規模生產。“我們認為平面設計可以將效能提高 30%，在更小的封裝中獲得更多的能量，”盧塞羅說。
重新發明一種再發明
“您應該能夠將成本降低大約 25% 到 30%，因為製造材料片材比製造閉端管要容易得多，”格拉夫說。他補充說，在扁平化設計中，分隔鈉和硫組分的膜可以做得更薄。
與其他 ARPA-E 資助的專案一樣，這個專案也不是萬無一失的。
“有很多問題，”格拉夫說。“最大的問題之一是密封。在這種幾何結構中，您只需密封頂唇，”他舉起 NGK 模型說。他說，在扁平化設計中，實現故障安全密封更加困難。“你為什麼要攻擊它呢？”格拉夫問道。因為實驗室已經在平面設計上工作了 15 年，他回答了自己的問題。
第一年的大部分工作都是 PNNL 的基礎研究。“當我們開始第二年時，我們將工作轉移到這裡，以擴大規模進行最終演示，”盧塞羅說。該團隊對迄今為止取得的進展感到滿意，但仍存在風險。
“我們做得非常好，”格拉夫說。PNNL 和 EaglePicher 的目標是在 2012 年底之前交付一個產生 10 千瓦時能量的 5 千瓦電池。
盧塞羅說，ARPA-E 為專案的每個階段都設定了里程碑。“該專案按季度進行審查，以確保開發進展令人滿意。這些是非常嚴格的‘透過-不透過’型別的指標，我們必須實現。”
“ARPA-E 不是為了科學而做科學，”盧塞羅補充道。“他們想要一種科學-產業合作伙伴關係的產品技術，這種技術更有可能被利用。有成本分攤以確保行業合作伙伴有切身利益。”
PNNL 表示，ARPA-E 的資助應該能夠完成為期三年的演示專案。然後，如果技術挑戰得到解決，這種鈉硫電池的未來很可能將由政策和市場力量的交匯點決定，包括可再生能源產業的規模和增長，以及最終轉向商業生產所需的數億美元資本的可用性。
這種情況以前發生過。“在 90 年代中期，NGK 進行了大量投資開發這項技術，以便他們能夠將其商業化，”盧塞羅說。“他們非常有遠見。”
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