近日，美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的研究人員在《電池和超級(jí)電容器》雜志上發(fā)表一項(xiàng)研究，闡述了一種更高效、更可靠的鉀氧電池，這可能是解決電網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能的關(guān)鍵一步。

這項(xiàng)研究圍繞電池的陰極結(jié)構(gòu)展開，陰極將化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能量?jī)?chǔ)存在金屬氧或者金屬空氣電池中。研究人員表示，這一發(fā)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)更便宜、更高效的能源儲(chǔ)存，使太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源成為電網(wǎng)更可行的選擇。

壽命制約電池進(jìn)一步應(yīng)用

“如果你想為電網(wǎng)選擇一個(gè)完全可再生的能源來源，那么你需要經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)能裝置，可以儲(chǔ)存多余的電力。當(dāng)你不需要電力時(shí)，還可以將多余的電輸送出去?！毖芯康暮现摺⒍砗ザ碇萘⒋髮W(xué)機(jī)械和航天工程教授圣代桑說，“這樣的技術(shù)是關(guān)鍵，因?yàn)樗鼙阋耍皇褂萌魏瓮鈦聿牧?，而且可以在任何地方制造，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)?！?br/>
為了使可再生能源成為地區(qū)電網(wǎng)的可靠電源，需要儲(chǔ)能設(shè)施來收集它們產(chǎn)生的多余電力。世界各地的公司、科學(xué)家和政府都在研究?jī)?chǔ)能解決方案，從鋰離子電池(許多電動(dòng)汽車使用更大的版本)到巨型電池(使用金屬釩制造的大型箱式商店大小)。

自2013年鉀氧電池問世以來，一直是一種潛在的能源儲(chǔ)存替代品。研究表明，這種電池比鋰氧電池更有效率，儲(chǔ)存的能量是現(xiàn)有鋰離子電池的兩倍。但是，鉀氧電池尚未被廣泛用于能源儲(chǔ)存的主要原因是，它們還沒有足夠的壽命來節(jié)省成本。

當(dāng)研究小組試圖制造出一種可行的鉀氧電池時(shí)，他們遇到了一個(gè)障礙：電池每次充電后都會(huì)退化，無法持續(xù)5~10個(gè)充電周期，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能使電池成為一種經(jīng)濟(jì)有效的儲(chǔ)能解決方案。這種退化是因?yàn)檠鯕鉂B入電池的陽(yáng)極，導(dǎo)致陽(yáng)極擊穿，使電池本身無法再充電。

聚合物讓電池壽命延長(zhǎng)12倍

圣德里森實(shí)驗(yàn)室的博士研究生保羅·吉爾摩開始將聚合物加入陰極，嘗試是否能保護(hù)陽(yáng)極避免受到氧氣的傷害。他認(rèn)為，如果找到一種方法做到這一點(diǎn)，將延長(zhǎng)鉀氧電池的壽命。結(jié)果證明他是對(duì)的：研究小組意識(shí)到聚合物的膨脹對(duì)其性能起著至關(guān)重要的作用。

這種設(shè)計(jì)有點(diǎn)像人的肺：空氣通過纖維狀的碳層進(jìn)入電池，然后遇到多孔性稍差的第二層，最后到達(dá)第三層──幾乎沒有多孔性。第三層由導(dǎo)電聚合物制成，允許鉀離子穿過陰極，但限制了分子氧進(jìn)入陽(yáng)極。這種設(shè)計(jì)意味著電池至少可以充電125次──這使得鉀氧電池的壽命比以前使用低成本電解質(zhì)時(shí)延長(zhǎng)了12倍以上。

雖然研究小組還沒有證明電池可以按照電網(wǎng)儲(chǔ)能所需的規(guī)模生產(chǎn)，但它確實(shí)顯示了潛力。吉爾摩說：“氧電池具有更高的能量密度，這意味著它們可以提高電動(dòng)汽車的續(xù)航里程和便攜式電子設(shè)備的電池壽命。但在鉀氧電池適用于這些應(yīng)用之前，還必須克服其他挑戰(zhàn)?！?br/>
研究人員估計(jì)，鉀氧電池的成本為每千瓦時(shí)44美元。