中国循环服务网 中国循环服务网
中国循环服务网 中国循环服务网
这是描述信息
中国循环服务网 中国循环服务网
中国循环服务网 中国循环服务网
search
guanggao
新闻中心

新型液体电池能量密度提高三倍

  • 分类:前沿科技
  • 作者:
  • 来源:
  • 发布时间:2012-08-04

【概要描述】

新型液体电池能量密度提高三倍

【概要描述】

  • 分类:前沿科技
  • 作者:
  • 来源:
  • 发布时间:2012-08-04
详情

桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratory)的研究人员开发出一系列新的液体盐电解质,就是所谓的迈提尔溶液(MetILs),制成的电池经济有效,存储能量比目前的电池高三倍以上。

这项研究发表在《道尔顿会刊》(Dalton Transactions)上,可带来一些设备,有助于经济可靠地集成大规模间歇性可再生能源,如太阳能和风能,使并入全国电网。

桑迪亚国家实验室的研究人员发现一种新的液体盐电解质,可制成电池,能量密度提高三倍,胜过现有的其他存储技术。这些所谓的迈提尔溶液(MetILs),从左至右依次为:铜基化合物,钴基化合物,锰基化合物,铁基化合物,镍基化合物和钒基化合物。来源:桑迪亚国家实验室

电网的设计是用于稳定的能源,这样,因为波动电力源自间歇性可再生能源,所以就很难适应。更好的能量存储技术可平衡这些流动的波动能源,而桑迪亚国家实验室的研究人员正在研究新的方法,开发更灵活、更具成本效益也更可靠的电网,以提高能源储存。

“美国和全世界都需要极大地突破电池技术,用可再生能源取代今天的碳基能源系统,”安东尼·梅迪纳(AnthonyMedina)说,他是桑迪亚国家实验室高能成分实现项目主任。“迈提尔溶液是一种新的、有前途的化学电池,可能带来下一代的电站蓄电池技术,取代铅酸电池和锂离子电池,带来极大的能量存储密度,进行这些应用。”

过去20年来,锂离子电池一直是前沿性的储能研究。它们结构紧凑,轻巧的设计非常适合用于手机,笔记本电脑和个人电子产品,但锂离子电池价格昂贵,而且退化问题妨碍它们进入电站高容量应用,就是用于全国电网。

桑迪亚国家实验室研究员和无机化学家特拉维斯·安德森(Travis Anderson)带领一个小组,开发出下一代液流电池。这种液流电池泵抽一种溶液,就是自由浮动的带电荷的金属离子,这种离子溶解在电解液中,溶液中自由浮动的离子可以导电,溶液从外部容器穿过电化学电池,把化学能转换成电能。液流电池可快速充放电,只需改变电解液的充电状态,这种电活性物质很容易重复使用多次。安德森说,液流电池可以维持超过14000次循环,这是在实验室,相当于20多年的能量储存,在锂离子电池中,这是不寻常的。

然而,液流电池电网存储系统,大致上尺寸相当于一所房子,成本超过同样的锂离子电池。研究人员的目标,是使液流电池体积更小,更便宜,同时增加给定的体积能量存储,或能量密度。

液流电池已经实地应用于美国、日本和澳大利亚。大量的系统,高达25兆瓦都处在演示阶段,根据《美国恢复和再投资法案》(ARRA:American Recovery and Reinvestment Act),管理者是能源部能源存储系统研究项目。锌溴和钒氧化还原系统(Zincbromine and vanadium redox systems)是最大的竞争者。但所用的材料具有中等毒性,钒具有很大的价格波动。此外,水溶液限制了可以溶解的物质数量,以及可以储存多少能量,而且,室外温度会降低性能。

桑迪亚国家实验室开创性地研究液流电池,可避免这些问题,因为不使用水。安德森组建了一个多学科小组,专家来自一些实验室,包括电化学大卫·英格索兰(David Ingersoll),有机化学家乍得·斯泰格(Chad Staige),化学技师哈里·普拉特(Harry Pratt)和乔纳森·伦纳德(Jonathan Leonard)。他们所设计的,是一种新型电化学可逆的、金属基离子液体,或叫迈提尔溶液(MetILs),采用的都是廉价无毒的材料,在美国很容易买到,如铁,铜,锰。

“不是把盐溶解到溶剂中,我们的盐就是一种溶剂,”安德森说。“我们可得到非常高浓度的活性金属,因为我们不受饱和的限制。它实际上就在公式中。因此,我们可以经济有效地增加三倍的能量密度,这可大大降低电池所需的尺寸,只是因为材料的性质。”

电化学效率,或反向充电性能,在迈提尔溶液中要高得多,远远超过迄今公布的其他任何东西。研究小组已经制备了近200种组合的阳离子、阴离子和配体以及这类物质,其中有五种超过二茂铁(ferrocene)的电化学效率,这效率长期以来一直被认为是黄金标准。

一个共同问题是,混合带正电荷和带负电荷的成分,这些成分就会开始聚集在一起,最终使溶液变为粘性,堵塞电池膜和电极表面。研究小组解决了这一挑战,他们开发出不对称的阳离子,或者带正电的离子,这种离子就像一个足球。在这个比喻中,黑色的五边形代表带负电荷的区域,白色的六边形代表正电荷的区域。这种排列降低了熔点,因为可防止离子液体成分键合,形成固体,同时,部分电荷仍使电子可以自由流动,穿过电池,产生电流。

研究小组资金来自美国能源部电力传输和能源可靠性办公室(Officeof Electricity Delivery and Energy Reliability)。伊姆雷·古柯(Imre Gyuk)是这一办公室的能源储存系统项目经理,一直支持桑迪亚国家实验室的这项工作,而且提供了必要的资金。

“迈提尔溶液方法代表了一种巧妙的现成的溶液,是一种阴极/电解质聚合体。古柯说,“因为是采用现成的,价格低廉的前体,因此,它很可能带来创新的、成本划算的存储系统,会极大地影响整个美国电网。”

这一研究结果适用于新的液流电池正极材料。桑迪亚国家实验室的小组下一步是找到类似材料,用于液流电池阳极,研究人员对他们的进步感到鼓舞。

“安德森说,”有三个因素,你需要同时考虑,而且,它们并不总是相关:这就是粘度,电导率和基本电化学效率。“让人兴奋的,是让三个因素同时都合适,这就像是寻找宝藏,但没有地图。我们正在创造这幅地图,我们非常兴奋,有这种可能性。”

扫二维码用手机看

推荐新闻
消防安全教育进校园
Details 白箭头 黑箭头
中山一周逾5万市民自发种下10万多棵树
Details 白箭头 黑箭头
张震:让梦想不残缺
Details 白箭头 黑箭头
服务孤老 上门办证
Details 白箭头 黑箭头
最新新闻
as

电话:0757-85615818  传真:0757-85627355 邮箱:huanbao@brunp.com.cn
Copyright © 佛山市邦普循环科技有限公司 版权所有 粤ICP备06090799号 网站建设 中企动力佛山