降低可再生能源成本：MIT開發(fā)“會(huì)呼吸空氣”的液流電池

時(shí)間:2017-10-12 17:13來(lái)源:cnBeta 作者:綜合報(bào)道
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　　盡管以風(fēng)能和太陽(yáng)能為代表的“可再生能源”備受推崇，但是它們的穩(wěn)定性卻一直是個(gè)難題。比如風(fēng)總是一陣一陣的來(lái)，一天之中的太陽(yáng)光也并不總是那么充足。為了克服這個(gè)時(shí)斷時(shí)續(xù)的問題，人們想到了儲(chǔ)能和逆放電系統(tǒng)。目前普遍采用的是基于鋰離子電池的方案，但它的缺點(diǎn)也很明顯 —— 成本高昂。好消息是，麻省理工學(xué)院的研究人員們，已經(jīng)開發(fā)出了一款可以“呼吸空氣”、長(zhǎng)期貯存能量的液流電池；且在同等能量密度下，其造價(jià)只有鋰離子電池的 1/5 。
 
　　這款可充電液流電池的特點(diǎn)，是采用了液體的‘陰極電解液’和‘陽(yáng)極液’作為電池的兩極，通過離子的來(lái)回運(yùn)動(dòng)來(lái)儲(chǔ)存或釋放能量。
 
　　本例中，MIT 研究人員選擇了溶解在水中的硫作為陽(yáng)極液，以及尋找到了一種同樣豐富的物質(zhì)（含氧液體鹽溶液）為陰極電解液。論文合著者 Yet-Ming Chiang 表示：
 
　　在使用硫作為負(fù)極的同時(shí)，我們想要找到一種成本足夠低廉的陽(yáng)極材料。通過一次偶然的實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)氧氣（甚至空氣）都非常合適，即便這需要添加‘在硫和空氣電極間來(lái)回移動(dòng)電荷載體’的另一組件。
 
　　該空氣液流電池的特點(diǎn)是，當(dāng)電池放電的時(shí)候，會(huì)吸入來(lái)自外界的空氣；而在充電的時(shí)候，它又可以排出空氣：
 
　　在吸入過程中，電池會(huì)在陰極電解液中產(chǎn)生帶負(fù)電荷的氫氧根離子；
 
　　呼出氧氣的時(shí)候，陽(yáng)極液里則會(huì)產(chǎn)生帶正電荷的氫離子。
 
　　Chiang 表示，其原理和人類的呼吸作用很像，通過在系統(tǒng)中獲取氧氣來(lái)平衡電荷。
 
 
研究團(tuán)隊(duì)成員（由左至右）：Fikile Brushett、Kai Xiang、Liang Su、Zheng Li、Stephanie Eiler、Andres Badel、SamPan、Yet-Ming Chiang 。
 
　　實(shí)際上，“鋰-空”電池也運(yùn)用了相同的機(jī)制，但硫、水、鹽材料的成本明顯低很多。對(duì)于大規(guī)模儲(chǔ)能的電網(wǎng)系統(tǒng)來(lái)說，成本的削減，才是讓可再生能源普及和長(zhǎng)期運(yùn)行的關(guān)鍵。
 
　　研究人員稱，在同等能量密度下，他們開發(fā)的這種液流電池，造價(jià)僅為鋰離子電池的 1/5 。若將該電池的升級(jí)版本投入商用，預(yù)計(jì)每千瓦時(shí)的儲(chǔ)能成本可控制在 20~30 美元之間。
 
　　相比之下，其它儲(chǔ)能系統(tǒng)的每千瓦時(shí)儲(chǔ)能成本，可能高達(dá) 100 美元。需要指出的是，當(dāng)前階段的液流空氣電池的原型只有咖啡杯大小，但他們有信心可將這種設(shè)計(jì)用于更大規(guī)模的系統(tǒng)中。
 
　　下一步，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步提升該空氣液流電池的效率、性價(jià)比、以及工作壽命（當(dāng)前僅為 1500 小時(shí)）。有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《焦耳》（Joule）期刊上。
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