SPBES为芬兰第一艘混合动力渡轮Elektra建造了两个锂离子电池组，总能量为1mwh。
大型远洋集装箱船是地球温室气体排放的主要贡献者之一，但是，要让全球的远洋船队实现电气化，实际上会面临着巨大的技术障碍。
今年晚些时候，世界上最大的全电动集装箱船将开始它的处女航，从挪威的一个港口起航，沿着斯堪的纳维亚海岸航行。这艘名为“Yara Birkeland”的货船受挪威化肥公司Yara（全球领先的矿物肥料生产商）的委托，将其产品运往全国各地。该公司预计，这艘船每年将减少约4万次由柴油卡车执行的运输行程，从而减少碳排放。
据统计，全世界大约有5万艘货船在运营，它们的发动机每年向大气中排放约9亿吨二氧化碳和其他污染物。事实上，仅仅15艘最大的集装箱船排放的氮氧化物和硫氧化物污染物，就比世界上所有汽车的排放总和还要多。当前，全球正致力于让汽车和其他交通工具电气化，以大幅减少温室气体的排放，航运业也应如此。
但是，传统的锂离子电池携带的能量，只能驱动像“Yara Birkeland”号这样的小型船只进行短距离航行。如果我们想让世界上最大的货船纯电驱动，那我们就得需要更好、更强大的电池。
这是Yara Birkeland号的图片，它将在挪威使用电池作为动力源来运输货物。
建造电池驱动的船舶会有两个大问题。首先，传统的锂离子电池存在安全隐患，因为它们使用液态电解质在电极之间携带锂离子。如果电池中的组件退化，这可能会导致电池迅速升温并失效，这一过程被称为热失控。电池的过热可能会导致附近电池的一连串故障。如果这些电池在失效时释放出化学物质，只需要一个电池就会着火并引起大爆炸。这种情况发生在任何地方都很糟糕，尤其是在海上，船上还运载着价值数百万甚至数千万美元的货物，而且船员的逃生路线很也有限。
去年，挪威一艘混合动力渡轮的电池室发生了一场小火灾，导致爆炸。渡轮运营商在爆炸前成功疏散了乘客和船员，让他们安全上岸，但在大洋中心的一艘货船上发生类似事件将可能是灾难性的。
加拿大能源技术公司SPBES，正致力于通过设计防止热失控的海洋能源系统来降低电动船只的风险。该公司的能源系统目前安装在世界各地约20艘渡轮和拖轮上，使用的是锂镍锰钴（NMC）电池。这与你在大多数消费电子或电动汽车中使用的传统锂离子化学是相同的，它们都有相当一部分的热失控问题。
为了降低在船上发生爆炸的风险，SPBES建造了一个带有液体冷却系统的电池容器，该系统排出热能的速度比熔毁的电池产生热能的速度更快。SPBES公司的联合创始人表示，虽然这不能防止电池失效，但它确实防止了导致爆炸的那种连锁故障。这种技术基本上是防爆的，有相当的难度。
SPBES还设计了其能源系统，以便在单个电池发生故障或寿命结束时，可以很容易地更换它们。这有助于解决可能成为电力运输业祸根的问题：处理电池废料。一艘货船将需要数十万块电池，因此有选择地移除单个电池而不是报废整个能源系统的能力，将是减少浪费的关键。
电动船舶面临的第二个主要挑战是，传统的锂离子电池化学物质无法提供足够的能量来运送货物。今天，基于NMC化学物质的电池只能用于为渡轮和像“Yara Birkeland”号这样的小型集装箱船充电。“Yara Birkeland”号集装箱船所配备的电池可以提供高达9兆瓦时的能量，这相当于90辆特斯拉Model S的电池组，仅可以让该船承载3200吨货物进行30海里的短途航行。
但是，为了满足大型国际远洋货船的能源需求，这些货船往往会运载数万吨货物，使用数十千兆瓦时的能源，我们将需要更先进的电池。联合国国际海事组织的发言人表示：“货船引擎可以高达四层楼，宽达三辆巴士。目前，所需电池的大小可能会限制可携带的货物数量，使其在商业运作上不可行。”
为了满足下一代电动船的能源需求，总部位于华盛顿的能源技术公司Lavle正在开发一种基于固体电解质电池的先进储能系统。Lavle的电池是由日本电池制造商3DOM制造的，该公司创造了一种新型的隔膜，这种隔膜由一种多孔树脂制成，这种树脂堆叠在固体电解质材料层之间，固体电解质材料在电池电极之间输送离子。将液体电解质换成固体电解质可以降低热失控的风险。加入新的隔膜可以有效地传输锂离子，从而提高电池的性能。
Lavle公司的首席执行官表示，从能量密度的角度来看，我们的产品正在接近市场上标准锂离子电池的三倍。但他也承认，目前Lavle的固体电解质电池只是迈向更好的电源包的一步，这种电源包被称为锂金属电池，它使用由固体锂金属制成的阳极，而不是更典型的碳阳极。锂金属阳极可以将电池的能量密度推得更高，而且比固体电解质电池更容易批量生产。
这种电池甚至被描述为能源储存发展中的“圣杯”。锂金属电池可以提高电池的能量密度和充电速度，因为锂金属阳极很容易放弃它的离子。但是，锂离子阳极在电池充电时会膨胀很多，这可能导致锂离子与电解质解耦。 此外，锂金属与大多数可用的电解质具有很高的反应性，这会导致它们降解。
据悉，Lavle和3DOM公司通过使用新的分离技术和对锂金属电池化学成分的其他调整，克服了这些问题。他们不愿透露制造锂金属电池的“秘密武器”的细节，但表示，该公司的实验性锂金属电池已经证明，与传统锂离子电池相比，它的能量密度提高了三倍。
考虑到可充电锂离子电池的效率，自30年前商业化以来只提高了两倍。Lavle公司的新电池确实表现出了为世界航运船队提供电力所需要的那种巨大的性能提升。目前，这些电池仍处于试验阶段，公司还需要证明它们可以用于商业船只。Lavle公司预计将于明年年中，开始在渡轮等小型船只上部署其先进能源系统的原型。未来，他们的系统可以扩展到满足大型货船的需求。
即使在海洋储能系统方面有了这些新的进展，货船也可能永远无法仅仅依靠电池系统。一些专家也列举了海运业电气化带来的一些环境和地缘政治挑战。
在环境方面，每艘货船将需要几十吨电池，这些电池的保质期有限。回收行业还没有准备好应对耗尽的锂离子电池的激增，这将带来了一些存储和处理方面的挑战。货船电气化可能会大大加速这一问题。在地缘政治方面，电池需要大量开采的材料，其中一些来自雇佣童工的矿山。即使这些材料的来源合乎道德，决策者也可能会担心在海上货物运输上完全依赖少数资源供应国。
但是，在货船上使用电池并不是一个非黑即白的命题。取而代之的是，它们可以与其他形式的清洁能源相结合，如氢燃料电池、太阳能，甚至风能。电池模式可能不会垄断船舶推进。这将是各种技术的混合体。
多年来，货船上一直使用太阳能来满足部分电力需求，但光伏技术永远不会有足够的能量密度来单独为船只提供动力。另一种选择是回到船舶推进的原始来源 —— 风力利用技术，如大型金属帆或旋翼帆来推动大型货船并降低能源成本。如果传说中的氢经济在未来几十年出现，船只就可以将氢燃料电池作为主要的推进源，并使用电池作为后备。
高性能船舶储能系统的发展也可能在海事部门以外得到广泛应用。Lavle公司的技术也可以很好地应用于电动飞机，比如目前正在开发的垂直起降载具，作为空中出租车。SPBES正在探索其能源系统在陆地上的大规模应用。
今年晚些时候，“Yara Birkeland”号的处女航将是世界船舶电气化的一个小而重要的里程碑。作为世界上仅有的全电动货船之一，它将展示当今技术的可能性，并为未来的电气化船舶描绘蓝图。
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