鉅大LARGE | 點擊量:669次 | 2022年12月09日
液流電池的研究現(xiàn)狀是怎樣的
近日,科學雜志發(fā)文對液流電池研究現(xiàn)狀進行了簡述。液流電池可以儲存足夠電力,為成千上萬家庭提供長達數(shù)小時的電力供應(yīng)。但大多數(shù)液流電池依賴于釩,這是一種稀有昂貴的金屬。上周,有研究人員報道了用一種廉價、長壽命、安全的液流電池來解決這一問題。這項工作為液流電池的新發(fā)展帶來了希望,即作為新一代液流電池有可能很快將成為大規(guī)模部署風能和太陽能的有力支柱。
我們知道,鋰離子電池不僅在筆記本電腦和特斯拉汽車中廣泛使用,還可為醫(yī)院、辦公場所甚至城鎮(zhèn)提供備用電源,占得了儲能領(lǐng)域的先機。但是,美國康涅狄格州東哈特福德聯(lián)合技術(shù)研究中心電化學能源系統(tǒng)副主任邁克爾·佩里說,鋰離子儲能裝置不能很好地擴展到為城市提供更大規(guī)模儲能備用電源,但液流電池能夠填補這一空缺。它們將電荷儲存在含有液體電解質(zhì)的容器中,液體電解質(zhì)在循環(huán)泵的作用下,可以實現(xiàn)流轉(zhuǎn)以形成電流,實現(xiàn)放電;用過的電解質(zhì)隨后再返回到容器中。當太陽能電池板或風力發(fā)電機工作時,循環(huán)泵將用完的電解質(zhì)推回電極,在那里,電解質(zhì)被再充電并返回到存儲罐。
釩液流電池在過去廣受研究者關(guān)注,因為這種電池的充電和放電可以可靠地進行數(shù)千次循環(huán)。例如,大連的融科儲能正在建設(shè)世界上最大的釩流電池,該電池應(yīng)該在2020年投入使用。電池將儲存800兆瓦的能量,足以為成千上萬的家庭供電。市場研究公司MarketsandMarkets表示,由釩電池和鋅溴主導的液流電池市場在未來5年內(nèi)每年可能增長近10億美元。但近年來釩的價格有所上升,如果釩需求飆升,釩液流電池價格也會水漲船高。為此,有研究者想用有機化合物取代釩,這些有機化合物也能捕獲和釋放電子。洛根猶他州立大學液流電池專家TianbiaoLiu說,有機分子可以精確地定制以滿足研究者的需求。但有機物往往會降解,幾個月后需要更換,而且一些化合物只與強酸性或堿性電解質(zhì)一起工作,這些電解質(zhì)會侵蝕泵,如果罐子泄漏,危險性就可能爆發(fā)。今年7月,哈佛大學材料科學家邁克爾·阿齊茲領(lǐng)導的一個研究小組在國際知名期刊Joule上發(fā)文稱,他們已經(jīng)設(shè)計出一種長壽的有機分子,這種分子每年只損失其電荷承載能力的3%。雖然這還不夠穩(wěn)定,但是與以往每天損失相同數(shù)量的有機液流電池相比,這項工作是一個很大的飛躍。
鐵基電解質(zhì)廉價且易于獲取和失去電子,是另一種釩電池電解質(zhì)替代物。例如,在美國俄勒岡州波特蘭有一家名字為EES的公司,他們開發(fā)的鐵液流電池電解液可在pH1到4之間工作,酸度類似于醋?,F(xiàn)在,TianbiaoLiu和他的同事們提出了在中性pH下工作的液流電池。他們首先研究了一種含鐵的電解液,亞鐵氰化物。但是在以前的亞鐵氰化物電池中,電解質(zhì)需要溶解在含有鈉鹽或鉀鹽的水溶液中,這些鹽提供帶正電荷的離子,離子在電池中移動,以在充電和放電期間平衡電子的運動。亞鐵氰化物在這些鹽溶液中不易溶解,限制了這種電池的蓄電能力。因此,TiaobianLiu和他的同事又用一種叫做銨的氮基化合物來代替鈉鹽或鉀鹽,使得亞鐵氰化物溶解量至少是以前的兩倍,從而讓電池的容量翻倍。在上周的Joule雜志上,TiaobianLiu等人報道說,他們的鐵基有機液流電池在一千次充放電循環(huán)后沒有退化的跡象,相當于大約連續(xù)運行3年時間。由于所使用電解質(zhì)是中性且是水基的,即使泄漏也不會對環(huán)境造成太大損害。
此外,在今年10月10日出版的自然化學雜志上,英國格拉斯哥大學的化學家勒羅伊·克羅寧等人報道了一種多金屬氧酸鹽液流電池,其儲電量是同體積釩電池的40倍。但目前的缺點是這些電解質(zhì)粘性過高,因此對于泵的輸送要求極高。直至今天,還沒有一種電池能滿足所有要求,也就是說液流電池的研發(fā)仍要繼續(xù)努力!