降低可再生能源成本:MIT開發(fā)“會呼吸空氣”的液流電池

時(shí)間:2017-10-12 17:13來源:cnBeta 作者:綜合報(bào)道
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  盡管以風(fēng)能和太陽能為代表的“可再生能源”備受推崇,但是它們的穩(wěn)定性卻一直是個(gè)難題。比如風(fēng)總是一陣一陣的來,一天之中的太陽光也并不總是那么充足。為了克服這個(gè)時(shí)斷時(shí)續(xù)的問題,人們想到了儲能和逆放電系統(tǒng)。目前普遍采用的是基于鋰離子電池的方案,但它的缺點(diǎn)也很明顯 —— 成本高昂。好消息是,麻省理工學(xué)院的研究人員們,已經(jīng)開發(fā)出了一款可以“呼吸空氣”、長期貯存能量的液流電池;且在同等能量密度下,其造價(jià)只有鋰離子電池的 1/5 。
 
  這款可充電液流電池的特點(diǎn),是采用了液體的‘陰極電解液’和‘陽極液’作為電池的兩極,通過離子的來回運(yùn)動來儲存或釋放能量。
 
  本例中,MIT 研究人員選擇了溶解在水中的硫作為陽極液,以及尋找到了一種同樣豐富的物質(zhì)(含氧液體鹽溶液)為陰極電解液。論文合著者 Yet-Ming Chiang 表示:
 
  在使用硫作為負(fù)極的同時(shí),我們想要找到一種成本足夠低廉的陽極材料。通過一次偶然的實(shí)驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn)氧氣(甚至空氣)都非常合適,即便這需要添加‘在硫和空氣電極間來回移動電荷載體’的另一組件。
 
  該空氣液流電池的特點(diǎn)是,當(dāng)電池放電的時(shí)候,會吸入來自外界的空氣;而在充電的時(shí)候,它又可以排出空氣:
 
  在吸入過程中,電池會在陰極電解液中產(chǎn)生帶負(fù)電荷的氫氧根離子;
 
  呼出氧氣的時(shí)候,陽極液里則會產(chǎn)生帶正電荷的氫離子。
 
  Chiang 表示,其原理和人類的呼吸作用很像,通過在系統(tǒng)中獲取氧氣來平衡電荷。
 
 
研究團(tuán)隊(duì)成員(由左至右):Fikile Brushett、Kai Xiang、Liang Su、Zheng Li、Stephanie Eiler、Andres Badel、SamPan、Yet-Ming Chiang 。
 
  實(shí)際上,“鋰-空”電池也運(yùn)用了相同的機(jī)制,但硫、水、鹽材料的成本明顯低很多。對于大規(guī)模儲能的電網(wǎng)系統(tǒng)來說,成本的削減,才是讓可再生能源普及和長期運(yùn)行的關(guān)鍵。
 
  研究人員稱,在同等能量密度下,他們開發(fā)的這種液流電池,造價(jià)僅為鋰離子電池的 1/5 。若將該電池的升級版本投入商用,預(yù)計(jì)每千瓦時(shí)的儲能成本可控制在 20~30 美元之間。
 
  相比之下,其它儲能系統(tǒng)的每千瓦時(shí)儲能成本,可能高達(dá) 100 美元。需要指出的是,當(dāng)前階段的液流空氣電池的原型只有咖啡杯大小,但他們有信心可將這種設(shè)計(jì)用于更大規(guī)模的系統(tǒng)中。
 
  下一步,研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步提升該空氣液流電池的效率、性價(jià)比、以及工作壽命(當(dāng)前僅為 1500 小時(shí))。有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情,已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《焦耳》(Joule)期刊上。
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