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锂电池式微?8月前沿电池技术汇总

2014-09-02 00:01
来源: 锂电网

  电化学储能系统,如电池燃料电池等,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。

  无膜氢溴储能系统的大胆创新

  麻省理工学院机械工程系的研究人员产生了一个大胆又新颖的想法,就是能否综合无膜储能系统和氢溴化学性质的各自优势,把两个有局限的系统放在一起,获得比任何一个单独系统要好的结果。这一方法有望摆脱隔离膜阻碍燃料电池发展的弊端,同时还可以取代传统的无膜氧基电池表现不佳的缺点。

  氢溴反应有一个最大的特点就是其反应的可逆性。通常无膜燃料电池进去的反应物和出来的产品是不同的,因此这些系统通常是“直流”燃料电池,需要不断输入新鲜的反应物。氢溴化学反应的产品是电解质。电解液输回电池,从外部充电,可形成溴和氢分子,从而达到充电的效果。这样就可以形成一个“闭环”模式,使无膜充电电池成为可能。

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