鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:812次 | 2021年09月21日
液體電池平衡電網(wǎng)負(fù)載
這種電池出現(xiàn)電流,是因?yàn)殒V原子失去兩個(gè)電子,成為鎂離子,穿過(guò)電解質(zhì),到達(dá)另一個(gè)電極。在那里,它們重新獲得兩個(gè)電子,恢復(fù)為普通的鎂原子,并與銻形成合金。許多現(xiàn)有或規(guī)劃中的清潔、可再生能源,最大的缺點(diǎn)是它們的間歇性:風(fēng)不會(huì)總是吹,太陽(yáng)并不總是照射,它們雖然生產(chǎn)電力,但也許在要的時(shí)候不能進(jìn)行。能源研究的一個(gè)重要目標(biāo),一直就是要想方設(shè)法,協(xié)助平衡這些不穩(wěn)定的供應(yīng)。
唐納德撒多維(DonaldSadoway)教授和材料加工研究中心(MaterialsProcessingCenter)研究人員大衛(wèi)L布拉德韋爾(DavidBradwell)在觀察他們的一個(gè)小型測(cè)試電池,就在實(shí)驗(yàn)室。電池本身是在高度絕緣的金屬圓柱體中心,可以把它加熱到700攝氏度。
來(lái)源:斯坦福大學(xué)
有些新成果,來(lái)自麻省理工學(xué)院(MIT)正在進(jìn)行的研究項(xiàng)目,已經(jīng)報(bào)道過(guò),就在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》(JournaloftheAmericanChemicalSociety)上,介紹了一項(xiàng)有前途的技術(shù),可以供應(yīng)這一長(zhǎng)期探索的方法,以平衡負(fù)載,具有低得多的成本和更長(zhǎng)的使用壽命,勝過(guò)以前的方法。這一系統(tǒng)采用高溫電池,其中的液體成分就像新奇的雞尾酒,會(huì)自然沉淀,形成不同的層次,因?yàn)樗鼈冇胁煌拿芏取?/p>
三種熔融材料形成電池的正負(fù)兩極,中間還有一層電解質(zhì),這種材料帶電粒子會(huì)穿越,因?yàn)殡姵貢?huì)充電或放電。所有三個(gè)層次的組成材料都豐富和而便宜,唐納德撒多維解釋說(shuō),他是麻省理工學(xué)院約翰埃利奧特(JohnF.Elliott)材料化學(xué)教授,也是這篇論文的資深作者。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
我們探索了許多化學(xué)物質(zhì),撒多維說(shuō),尋找恰當(dāng)組合的電氣性能,豐富的可用性和不同的密度,這會(huì)使各層次保持獨(dú)立。他的研究小組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些有希望的候選材料,他說(shuō),已經(jīng)發(fā)表了他們?cè)敿?xì)分析的這樣一種組合:鎂作負(fù)極(頂層),鹽混合物含氯化鎂,用作電解質(zhì)(中間層),而銻用作正極(底層)。這種系統(tǒng)運(yùn)行溫度是700攝氏度,或華氏1292度。
在這一配制中,撒多維解釋說(shuō),電池出現(xiàn)電流,是因?yàn)殒V原子失去兩個(gè)電子,成為鎂離子,遷移穿過(guò)電解質(zhì),到達(dá)另一個(gè)電極。在那里,它們重新獲得兩個(gè)電子,恢復(fù)為普通的鎂原子,并與銻形成合金。充電時(shí),電池連接電源,會(huì)驅(qū)動(dòng)鎂離開合金,穿過(guò)電解液,然后重新結(jié)合負(fù)極。
這一概念的靈感來(lái)自撒多維早先的著作,研究的是電化學(xué)鋁熔煉,這要在電化學(xué)電池中進(jìn)行,運(yùn)行在類似的高溫。幾十年的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明,這種系統(tǒng)可以可靠運(yùn)行很長(zhǎng)一段時(shí)間,在工業(yè)規(guī)模,生產(chǎn)的金屬成本非常低。實(shí)際上,他說(shuō),他找到的是一種方法,可以反向運(yùn)行熔爐。
過(guò)去三年來(lái),撒多維和他的研究小組,包括麻省理工學(xué)院材料加工中心研究人員大衛(wèi)布拉德韋爾(DavidBradwell),他是2006年的工程碩士,2011年的博士,也是這篇新論文的重要作者,他們逐步擴(kuò)大了他們的實(shí)驗(yàn)。他們最初測(cè)試使用的電池,只有一個(gè)酒杯大小;后來(lái),他們進(jìn)步了,電池有冰球大小,3英寸的直徑,一英寸厚。現(xiàn)在,他們已經(jīng)開始測(cè)試一種6英寸寬的版本,儲(chǔ)電容量是最初版本的200倍。
電力公司最終會(huì)成為這項(xiàng)技術(shù)的用戶,撒多維說(shuō),不要考慮這種東西是用什么制成,或什么樣的尺寸。唯一的問(wèn)題是存儲(chǔ)成本是多少,這是指給定電量。我可以制作華貴的電池,采用美國(guó)宇航局的價(jià)格水平,他說(shuō),但是,成本是重要影響因素,這就會(huì)改變搜尋最好的材料。只是根據(jù)某些元素的稀有性和成本,周期表中的很大部分就都會(huì)被排除在外。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
鎂作負(fù)極(頂層),鹽混合物含氯化鎂用作電解質(zhì)(中間層),而銻用作正極(底層)。這種系統(tǒng)運(yùn)行溫度是700攝氏度。來(lái)源:斯坦福大學(xué)
這一小組將繼續(xù)研究,優(yōu)化系統(tǒng)的各個(gè)方面,包括一些容器,用于容納熔化的材料,也有一些絕緣和加熱的方法,還有一些方法,用于降低工作溫度,這有助于減少能源成本。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些方法,可以降低工作溫度,又不影響電氣性能和成本,撒多維說(shuō)。
其他人也在研究類似的液體電池系統(tǒng),撒多維說(shuō),他和他的研究小組最先制成一種實(shí)用的,功能性存儲(chǔ)系統(tǒng),就使用了這種方法。他把他們的這一成功,部分歸功于獨(dú)特組合的專業(yè)知識(shí),而且是在麻省理工學(xué)院這樣的地方:電池行業(yè)的人一點(diǎn)也不了解電解冶煉熔鹽。大多數(shù)人認(rèn)為,高溫作業(yè)是低效的。
羅伯特哈金斯(RobertHuggins)是斯坦福大學(xué)(StanfordUniversity)材料科學(xué)與工程名譽(yù)教授,他說(shuō),有關(guān)任何完全不同的方法,都會(huì)有一系列新的實(shí)際問(wèn)題要解決,為的是使它成為一種實(shí)用的替代方法,用于大規(guī)模能源儲(chǔ)存,包括電解液蒸發(fā),腐蝕和氧化成分,以及永遠(yuǎn)存在的成本問(wèn)題。不過(guò),他說(shuō),這是一個(gè)非常有創(chuàng)意的方法,用于電化學(xué)儲(chǔ)能,正在被探索,具有高度的復(fù)雜性。
撒多維和布拉德韋爾一起,創(chuàng)辦了一家公司,要使這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化,他正在休假,今年就工作在這家公司,就是液態(tài)金屬電池公司(LiquidMetalBatteryCorp)。假如這項(xiàng)技術(shù)成功,他說(shuō),它可能顛覆可再生能源。
他們的論文《鎂銻液態(tài)金屬電池用于電站儲(chǔ)能》(Magnesium–AntimonyLiquidMetalBatteryforStationaryEnergyStorage),發(fā)表在2012年一月六日的《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上,文章中說(shuō),這些電池是一種有吸引力的選擇,適合電網(wǎng)規(guī)模的儲(chǔ)能應(yīng)用,因?yàn)樗鼈凅w積小,可靈活安裝。有一種高溫(700°C)銻鎂(MgSb)液態(tài)金屬電池,包含鎂負(fù)極,熔鹽電解質(zhì)(MgCl2–KCl–NaCl:氯化鉀,氯化鎂,氯化鈉),以及銻正極,這里進(jìn)行了介紹和表征。由于接觸的鹽和金屬不相容,所以,它們就出現(xiàn)分層,根據(jù)密度分為三個(gè)不同的層次。這些電池的循環(huán)速率,是從50到200mA/cm2,顯示了高達(dá)69%的DC-DC能源效率。自我隔離性的電池成分,以及使用低成本材料,會(huì)帶來(lái)有前途的技術(shù),進(jìn)行電站儲(chǔ)能應(yīng)用。