美國能源部太平洋西北國家實驗室團隊在一種新的電池設計中,創(chuàng)新性地將水處理設施中使用的一種常見化學品用于大規(guī)模儲能。這一設計為造出安全、經(jīng)濟的水基液流電池開辟了新途徑,同時該電池由儲備豐富的材料制成,為將風能和太陽能等間歇性能源納入國家電網(wǎng)提供了可能。研究成果發(fā)表在最新的《自然·通訊》上。
此次實驗室規(guī)模的新鐵基電池,在連續(xù)1000次充電循環(huán)中表現(xiàn)出顯著的循環(huán)穩(wěn)定性,同時保持其最大容量的98.7%。相比之下,先前類似鐵基電池在更少的充電周期內,充電容量會下降兩個數(shù)量級。 鐵基液流電池將能量儲存在一種獨特的液體化學物質中,稱為含氮三膦酸酯、次氮基三甲基膦酸(NTMPA)。該物質能將帶電鐵與中性pH值的磷酸鹽基液體電解質或能量載體相結合。至關重要的是,該物質在工業(yè)上可大量獲得,因為它通常被水處理廠用于抑制腐蝕。 液流電池由兩個腔室組成,每個腔室都充滿不同的液體。電池通過電化學反應充電,并以化學鍵的形式儲存能量。當連接到外部電路時,它們會釋放能量,從而為電氣設備供電。與其他傳統(tǒng)電池不同,液流電池具有兩個外部供液罐,液體不斷循環(huán)通過它們以供應電解質,作為電池系統(tǒng)的“血液供應”。電解液供應罐越大,液流電池可以存儲的能量就越多。 液流電池可作為電網(wǎng)的備用發(fā)電機,是可再生能源儲能脫碳戰(zhàn)略的關鍵支柱之一。它們的優(yōu)點是能以任何規(guī)模建造,從實驗室工作臺規(guī)模到城市街區(qū)的大小均可。 研究團隊的初始設計能量密度可以達到9瓦時/升,這是一個關鍵的設計特征。相比之下,商業(yè)化的釩基系統(tǒng)的能量密度是其兩倍多,為25瓦時/升。更高能量密度的電池可在更小的面積內存儲更多的能量,但用地球上儲量豐富的材料構建的新系統(tǒng),可輕松進行擴展以提供相同的能量輸出。 總編輯圈點: 1980年代,鐵基液流電池就進入了研發(fā)視野,其有望滿足新型電力系統(tǒng)的所有儲能需求。然而電池充放之間,電極和電解液經(jīng)受的物理化學挑戰(zhàn)在當時無法解決。因此,全釩液流電池替代了鐵基液流電池的主角地位。然而隨著新配料的加入,成本低、材料易得的鐵基液流方案重新獲得研發(fā)者的青睞。新型電池在保留低成本優(yōu)勢的同時,提高了性能與穩(wěn)定性。配備這種可靠的大容量電池,或許未來我們會見到很多住戶在屋頂安裝光伏板甚至風車來發(fā)電自用。 |