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美高校开发出低成本、高性能新型液流电池

作者:刘伯洵 来源:中国储能网 时间:2019-08-01 浏览:

中国储能电站网讯:据外媒报道,美国科罗拉多大学博尔德分校(CU Boulder)研究人员日前在发表的论文章表示,开发出低成本、高性能的新型液流电池,可以为风能和太阳能提供电网级电池储能系统,这有助于电力公司减少对化石燃料的依赖。

这篇发表在Joule杂志上的研究报告概述了开发生两款新型液流电池,它使用金属铬和有机粘合剂来实现稳定的电压和更高的效率,其电池材料来源丰富,未来实现大规模生产将具有显著的成本效益。

该研究报告者之一,科罗拉多大学博尔德分校德化学系助理教授Michael Marshak说。“我们发现了迄今为止一些性能表现最好的电池材料,超越了以往材料的性能极限。并且成本低廉,无毒且容易获得。”Marshak也是科罗拉多大学可再生和可持续能源研究所(RASEI)的研究员。

可再生能源在美国电力生产中占有越来越大的份额,但目前缺乏一种大规模的解决方案来储存和重新部署所收集的可再生能源,以满足阳光和风力不足的电力需求。

科罗拉多大学博尔德分校(CU Boulder)博士生Brian Robb(左)和助理教授Michael Marshak(右)

Marshak说,“很多电网的供需不匹配,太阳能发电设施在上午可以满足电网的电力需求,但电力需求往往在下午晚些时候达到峰值,可能从太阳落山一直持续到半夜。因此,很多公用事业公司通过建设更多的煤炭发电厂和天然气发电厂来填补这一空白。”

Marshak表示,虽然锂离子电池储能系统可以满足电力需求,但是可能需要大量的电池来提供小型化石燃料发电厂一小时的电力。因此,并不能满足大型风力发电场或太阳能发电设施的需求。

Marshak说。“锂离子电池的基本问题是不能大量地扩展,电池串联越多,电阻越大,同时增加需要其他组件。所以从本质上讲,如果想要提供两倍的电力容量,那么就需要部署两倍的电池,而当储能容量十分庞大时,在成本效益方面并不经济。”

液流电池被人们认为是一种更具前途的储能方法。液流电池将其电解质以液态的形式储存在大容量储存罐中,能够提供稳定的电能。

虽然有一些液流电池持续运行几十年的例子(例如在日本),但由于其体积庞大、运行成本高和电压相对较低,它们在商业和市政运营中一直难以获得广泛的应用。

Marshak说,“规模对于液流电池储能系统来说不是什么问题,因为这取决于储存电解液的罐体体积,重要的是降低成本,而这正是我们致力改进的地方。因此,我们的研究人员重新进行液流电池基础研究,审视多年前研究过的化技术,发现其关键是结合有机粘合剂或采用螯合物(具有环状结构的络合物)与铬离子相结合,以稳定有效的电解质。”

该研究报告的另一作者,科罗拉多大学博尔德分校(CU Boulder)化学与生物工程系(CHBE)博士生Brian Robb说,“有些研究人员以前采用过这种方法,但对其结合剂没有给予足够的重视,我们认为需要为金属离子定制螯合物,为此开展了很多研究工作,并最终找到了能够紧密结合的正确方法。”

Michael Marshak、Brian Robb和本科生Jason Farrell研发定制了一种名为PDTA的螯合物,它在铬电子周围形成一个屏蔽层,可以防止水阻碍电池反应。

PDTA是EDTA的一个衍生产品,EDTA是一种在洗手液、食品防腐剂和市政水处理中使用的药剂,因为具有杀菌特性,被认为是无毒的药剂。这种化学物质也使用良性铬,与不锈钢手术器械中使用的铬相同。

Robb说,“我们让它在相对中性的pH值为9的溶液中工作,这与那些使用高腐蚀性酸性溶液的电池截然不同。而这种材料已经有一些工厂大量生产。”

Marshak和Robb为此提交了一项技术专利。 他们计划继续优化这种电池,其中包括在实验室中扩大规模,以便将其液流电池可以提供更长时间的电力。

Marshak说,“我们已经从根本上解决了这个问题,现在我们可以尝试很多方法来不断提高性能极限。”  

关键字:液流电池

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