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美高校開發出低成本、高性能新型液流電池

作者:劉伯洵 來源:中國儲能網 發布時間:2019-08-01 瀏覽:
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中國儲能網訊:據外媒報道,美國科羅拉多大學博爾德分校(CU Boulder)研究人員日前在發表的論文章表示,開發出低成本、高性能的新型液流電池,可以為風能和太陽能提供電網級電池儲能系統,這有助于電力公司減少對化石燃料的依賴。

這篇發表在Joule雜志上的研究報告概述了開發生兩款新型液流電池,它使用金屬鉻和有機粘合劑來實現穩定的電壓和更高的效率,其電池材料來源豐富,未來實現大規模生產將具有顯著的成本效益。

該研究報告者之一,科羅拉多大學博爾德分校德化學系助理教授Michael Marshak說。“我們發現了迄今為止一些性能表現最好的電池材料,超越了以往材料的性能極限。并且成本低廉,無毒且容易獲得。”Marshak也是科羅拉多大學可再生和可持續能源研究所(RASEI)的研究員。

可再生能源在美國電力生產中占有越來越大的份額,但目前缺乏一種大規模的解決方案來儲存和重新部署所收集的可再生能源,以滿足陽光和風力不足的電力需求。

科羅拉多大學博爾德分校(CU Boulder)博士生Brian Robb(左)和助理教授Michael Marshak(右)

Marshak說,“很多電網的供需不匹配,太陽能發電設施在上午可以滿足電網的電力需求,但電力需求往往在下午晚些時候達到峰值,可能從太陽落山一直持續到半夜。因此,很多公用事業公司通過建設更多的煤炭發電廠和天然氣發電廠來填補這一空白。”

Marshak表示,雖然鋰離子電池儲能系統可以滿足電力需求,但是可能需要大量的電池來提供小型化石燃料發電廠一小時的電力。因此,并不能滿足大型風力發電場或太陽能發電設施的需求。

Marshak說。“鋰離子電池的基本問題是不能大量地擴展,電池串聯越多,電阻越大,同時增加需要其他組件。所以從本質上講,如果想要提供兩倍的電力容量,那么就需要部署兩倍的電池,而當儲能容量十分龐大時,在成本效益方面并不經濟。”

液流電池被人們認為是一種更具前途的儲能方法。液流電池將其電解質以液態的形式儲存在大容量儲存罐中,能夠提供穩定的電能。

雖然有一些液流電池持續運行幾十年的例子(例如在日本),但由于其體積龐大、運行成本高和電壓相對較低,它們在商業和市政運營中一直難以獲得廣泛的應用。

Marshak說,“規模對于液流電池儲能系統來說不是什么問題,因為這取決于儲存電解液的罐體體積,重要的是降低成本,而這正是我們致力改進的地方。因此,我們的研究人員重新進行液流電池基礎研究,審視多年前研究過的化技術,發現其關鍵是結合有機粘合劑或采用螯合物(具有環狀結構的絡合物)與鉻離子相結合,以穩定有效的電解質。”

該研究報告的另一作者,科羅拉多大學博爾德分校(CU Boulder)化學與生物工程系(CHBE)博士生Brian Robb說,“有些研究人員以前采用過這種方法,但對其結合劑沒有給予足夠的重視,我們認為需要為金屬離子定制螯合物,為此開展了很多研究工作,并最終找到了能夠緊密結合的正確方法。”

Michael Marshak、Brian Robb和本科生Jason Farrell研發定制了一種名為PDTA的螯合物,它在鉻電子周圍形成一個屏蔽層,可以防止水阻礙電池反應。

PDTA是EDTA的一個衍生產品,EDTA是一種在洗手液、食品防腐劑和市政水處理中使用的藥劑,因為具有殺菌特性,被認為是無毒的藥劑。這種化學物質也使用良性鉻,與不銹鋼手術器械中使用的鉻相同。

Robb說,“我們讓它在相對中性的pH值為9的溶液中工作,這與那些使用高腐蝕性酸性溶液的電池截然不同。而這種材料已經有一些工廠大量生產。”

Marshak和Robb為此提交了一項技術專利。 他們計劃繼續優化這種電池,其中包括在實驗室中擴大規模,以便將其液流電池可以提供更長時間的電力。

Marshak說,“我們已經從根本上解決了這個問題,現在我們可以嘗試很多方法來不斷提高性能極限。”

關鍵字:液流電池

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