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破除锂电池成本瓶颈 麻省理工研发新型无膜氢溴电池

2014-08-26 09:08
孤身万里游
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  麻省理工学院机械工程系的研究人员近日开发出一种新型无膜氢溴电池,其性能与传统的有膜电池相当,却大大降低了成本,在低成本高容量电化学储能技术上取得了新的进展,有望深刻改变当今的能源格局。

  当今储能技术成本太高

  在当今的能源市场上,电能来源十分丰富,既有传统的煤电、油电、水电,也有正在大力发展的风能、太阳能等间歇性能源。用户的需求也不是衡定不变的,存在着用电的波峰波谷。因此一个不容忽视的重要技术环节就是储能技术。所谓的储电能力意味着当电力供应充足时,可将其储存起来,需要电时,则可以提供。储能能力强不仅可以确保骨干电网和分布式电网高效稳定地提供电力供应,也是大规模使用太阳能和风能等间歇性能源的有力保障,尤其是发展中国家及移动业都对便携式储能装置有着强烈的需求。

  电化学储能系统,如电池和燃料电池等,在储能技术上的应用前景十分广阔。它们可以快速高效地充放电。特别是在利用太阳能或风能时,可以在太阳照耀时储存电能,或风力强劲时储能,然后在多云或风淡的时候,在几分钟内把电供应出来。此外它们还十分灵活便捷,哪里需要,就可以把他们放置在哪里。

  不过电化学储能系统面临的最大问题是成本问题,即便是最好的电化学储能装置要想拥有较大的容量,其成本也会令人难以接受。举例来说,一卡车大小的锂电池可以提供大量的能量,但是成本实在太高了。因此发展可再生能源与其说是技术问题,倒不如说是缺少具有成本效益的储能技术手段。

  隔离膜:氢溴储能系统的最大难题

  在研究和探索大规模电化学储能装置的过程中,人们开始把注意力集中在氢溴储能系统。这两种反应物有一些独特的品性,引人关注。和锂相比,溴价格便宜,容易获得,且储量丰富。其原子序数为35,是一种卤素,最外层上有7个电子,容易形成8电子稳定结构,所以是活泼的非金属单质,而氢恰恰可以提供一个电子。因此在氢和溴之间可极其迅速地发生化学反应,其速度比氢氧反应要快,其电流也较大,而目前的高容量电化学储能装置大多依靠氢氧化学反应。

  但当氢和溴发生自发反应时,由于反应过于迅速,其能量大多会以热能的形式白白浪费掉。为了解决这一难题,电化学储能系统的设计师们通常利用价格不菲的隔离膜将其分开。有膜氢溴储能系统又存在另外一个问题,就是随着时间的推移,当电化学储能设备内部产生氢溴酸后,会损坏隔离膜。因此,30年来氢溴液流电池的研究进展十分缓慢。

  其实答案十分明显,如果要想有效地开发利用氢溴电化学储能系统,最重要的是要想办法摆脱掉隔离膜。有这样想法的人很多,不仅是现在的科学家想到了,过去也有人想到过这样的方法。在过去的10年中,有许多科学家已经开发出了无膜氢溴电化学储能系统。这些系统主要利用流体力学的层流技术,使反应物发生分离。在正确的条件下,两种液体流并行流动,两者之间很少或几乎不发生混合。不过这样的无膜电化学储能系统的电功率从来没有超过有膜系统,因此无膜电化学储能系统一般作为一种学术兴趣来开展研究,在商业上不存在可行性。

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