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新型的“流体电池”储能可达下一代最好设备10倍

导读: 现在,研究人员已经创建了一个新奇类型的使用锂离子技术的流体电池——用于笔记本的那种——是市售最常见的流体电池存储量的10倍。具有一些改进的新电池可以对我们存储和释放能量的方式产生重大影响。

  一种新的流锂离子电池技术能够容纳更多的能量在一个给定的体积比已经在市场上。

  工业级电池,称为流电池,有一天将广泛使用可再生能源——但是如果设备可以廉价的存储大量能源,并当没有太阳、没有风时将能源输运给输电网。这是传统的流电池不能做到的。现在,研究人员报告说,他们已经创建了一个新奇类型的使用锂离子技术的流体电池——用于笔记本的那种——是市售最常见的流体电池存储量的10倍。具有一些改进的新电池可以对我们存储和释放能量的方式产生重大影响。

  流电池和我们常规使用的充电电池没有多大区别,除了他们规模巨大外。传统充电电池中,电荷被存储在一个电极称为阳极。当充电时,电子从阳极脱除,通过外部电路,流入阴极。两级间的液体通过离子交换来平衡电荷。电池通过离子的运转进行充电。

新型的“流体电池”储能可达下一代最好设备10倍

  但在流体电池中,这些电荷都存储在外部槽的液体电解质中。带电电解质从被称为堆栈的含有两个被离子导电膜隔离的电极装置存储。这个设置允许大量的电解质存储在槽内。因为这些槽没有尺寸限制,流体电池的存储容量可以根据需要扩大。这使他们成为存储大量的电力能源的理想物质。

  现在,最先进的流体电池是钒氧化还原电池(VRBs),其在含有钒离子的水基溶液电解质中储存电荷。钒的优势是它的离子是稳定的,并可以没有副反应地在电池中循环。但钒成本很高,并且VRBs能量密度相对较低。这意味着外部槽必须很大来保持足够使用的能量。

  锂离子电池能量密度远高于VRBs。但很难将它们的技术合并到流电池。首先,用于隔离流电池中的两个电极的薄膜必须允许锂离子的快速流通来平衡充放电过程中的电荷平衡。目前锂导电膜虽然很有效,但脆弱;要不就是韧性好,但效率低下。

  为了解决这个问题,由新加坡国立大学的材料科学家研究人员Qing Wang领导的研究团队,想出了一个混合的解决方案。他们保持整个流体电池架构,通过中心电极堆栈分隔电荷存储槽。但在他们放置固体的外部槽内部——与液体截然相反——锂离子存储材料,包含普通锂离子电池使用的阳极磷酸铁锂材料,另含有二氧化钛(TiO2),有时被用作锂离子电池阳极。然后他们使用被称为氧化还原介质的带电液体,从固体到堆栈间来回运载电荷。固态存储材料是多孔足以让液态氧化还原介质鼓泡并攫取两个电极和锂离子,将它们摆渡到隔离膜。

  研究者还修改了传统的柔性薄膜材料——Nafion,将它与另一种允许锂离子更好通过的聚合物结合。这种方法生效了。如他们在 今天的Science Advances报道的,新型锂离子流电池与同体积的VRBs相比能够存储更多10倍的能量。

  这是“很有创新性的”工作, 哈佛大学流体电池专家Michael Aziz表示。但他补充说,尽管新型电池具有很高的能量密度,但它的传递速度比传统流电池慢10000倍,对于大多数应用程序来说太慢了。王先生和他的同事们承认了这一限制,但是他们说他们通过对隔离膜和电荷传递氧化还原介质的改善应该能够提高传递效率。如果他们可以,新的锂离子流体电池可以给急需的震动电力存储。新的锂电池可以给可再生能源存储带来急需的震撼。

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