|
用高性能电池储存可再生能源，是一种不错的解决供需矛盾的方案。 techxplore.com网站7月25日报道，美国科罗拉多大学博尔德分校（简称UCB）的研究人员在《焦耳》杂志公布了一种低成本、高性能的电池化学技术。该技术有望用于风能和太阳能等可再生能源的电网级存储，以帮助电力公司减少对化石燃料的依赖。这项技术涉及两种液流电池（氧化还原流电池），研究人员利用铬和有机结合剂使电池能够达到特定电压和较高的效率。电池的组分来源非常丰富，这为未来的低成本制造提供了可能性。UCB化学系助理教授、可再生和可持续能源研究所（RASEI）研究人员、论文作者Michael Marshak说：“这可能是有史以来最佳的电池化学反应。我们使用的材料成本低、无毒且来源丰富。” 虽然可再生能源在美国电力产业中所占的比例逐年攀升，但工程师们还缺乏大规模的解决方案来进行能源储存和重新分配，以满足太阳落山和无风情况下的能源需求。Marshak说：“能源网的供需存在严重的不匹配现象。尤其在太阳落山后，能源需求才开始进入高峰。能源公司为了迅速弥补供不应求的矛盾，只能加快煤和天然气的生产。” 尽管锂离子电池可以为小型应用设施提供电力，但即使是一个小型化的化石燃料发电厂，也需要数百万块的电池才能维持一个小时的电力供应。即便锂离子电池的化学反应非常高效也无法满足风力涡轮发电机和太阳能电池阵列板的容量。Marshak说：“锂离子电池的基本问题是扩展性不太好。在锂电池中添加的材料越多，添加阻力就越大，适配添加总量也越高。从性价比角度考虑，用增加电池数量的方式解决问题很不划算。” 液流电池被认为是一种潜在的解决方案。在液流电池中，活性分成以液体的形式隔离存储在大型液体池中，进而让系统能以可控的方式分配能量。这就像开车，当司机踩下油门时，油箱才会为发动机提供稳定的燃料。虽然现在已经在日本有了液流电池长期运行的例子，但它们始终难以在商业和市政运营中广泛占据立足点。部分原因在于，它们的体积太巨大、运营成本太高昂、而电压又相对较低。Marshak解释说：“对于电网规模的系统来讲，液流电池的体积不是问题。更重要的是成本问题，我们希望对此有所改进。” 研究人员“返璞归真”，重新将视线移回了已经搁置多年的液流电池的化学成分。他们发现，提高液流电池效率的关键在于为铬离子选择恰当的络合剂，以形成稳定、有效的电解质。论文作者、化学与生物工程系博士生Brian Robb说：“此前有研究人员考虑过类似问题，但他们没有对络合剂给予足够的重视。我们希望为金属离子量身定制络合剂。为此，我们做了很多工作，并找到了合适的络合剂。”Marshak、Robb和论文合著者Jason Farrell等发现了一种名为PDTA的络合剂，它可以在铬离子附近形成“屏蔽层”，防止水阻碍电池反应，并使电池电压达到了2.13伏特，这几乎是液流电池工作时平均电压的两倍。 PDTA是EDTA的衍生品。EDTA无毒，有抗菌性能，主要用于洗手液、食品防腐剂和市政水处理等。Marshak等使用的铬为主要用于不锈钢手术器械的“良性铬”，对环境比较友好。Robb说：“我们设计的液流电池是在弱碱性（pH≈9）条件下工作的，而其它液流电池使用的主要是腐蚀性强酸，对环境污染很严重。” Marshak补充说：“你甚至可以在明天就打电话订购15吨材料——现有工厂已经在生产了。” 在相关部门的协助下，Marshak和Robb已经为这项研究申请了专利保护。他们计划继续优化他们的电池技术，如扩大规模、延长电池周期等。Marshak说：“我们已经解决了液流电池的根本性问题。现在我们可以做更多的尝试，以继续突破电池性能的极限。” |
|
|
