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技术再难提升?谁能取代锂电池?

2014-05-23 14:10
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  液流电池

  麻省理工学院的材料化学家唐纳德·萨多韦(Donald Sadoway)认为,未来的电池更像是一家冶炼厂。他设想了一种像集装箱一样大的箱子,每个箱子中有20个像电冰箱一样大的钢制单元,里面装着加热到500℃的熔融金属和盐。

  这样的电池永远不可能用在汽车上,也不可能在能量密度这种指标上胜过锂离子电池。但是,为电网存储能量时,或者在不必考虑便携性的应用场景下,电池的尺寸就无关紧要了。这时候,人们需要的电池,不必又小又轻,能量强劲,而是要在较低成本和较少维护下,存储和释放可多可少的电能。JCESR希望,这样的电池可以充放电7 000次,大约可以使用20年。

  萨多韦正在研究另一种技术,他用两层熔融的金属(因密度不同而分成上下两层)作电极,中间则以一层熔融的盐作为电解液隔开。随着离子在其间移动,两个熔融金属层或膨胀,或收缩,从而实现电能的存储和释放。这一切都是液态的,所以,经过数千次充放电循环后,也不会像固态电极那样出现破裂。

  还有一些研究小组正在研发不那么激进的液流电池。这种电池的燃料由两种液体组成,离子在两种液体之间传递,中间隔着一层薄膜。液体燃料可以保存在电池外部的储存箱中,需要的时候再用泵抽取,因此,只需要使用更大的储存箱,就可以存储大量电能。不过,这种电池需要泵和阀门。萨多韦说,这些设备必然会面临维护问题。

  在商用液流电池中,薄膜两侧的液体燃料都使用了钒离子,但钒和薄膜都非常昂贵。全世界最大的液流电池安装在中国的一个风力发电场,据中国科学院大连化学物理研究所的张华民估计,这一电池的耗资可能高达每千瓦时1 000美元。哈佛大学的材料科学家迈克尔·阿齐兹(Michael Aziz)说,“单是钒的成本就已经高得让人难以承受了”。

  今年1月,阿齐兹的团队宣布,廉价的醌类物质(quinones,一类有机化合物)可以用于液流电池,它们可以与标准液体电极(比如溴)搭配使用。阿齐兹的电池系统已经充放电超过100次,性能依旧强劲。他希望能将这种电池的成本降低到每千瓦时100美元以下。不过,阿齐兹说,“这种电池系统现在还只是实验室通风橱里的一个玩具而已,只有大规模生产时,才能知道真正的成本有多高。”

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