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降低可再生能源成本:“会呼吸空气”的液流电池

尽管以风能和太阳能为代表的“可再生能源”备受推崇,但是它们的稳定性却一直是个难题。比如风总是一阵一阵的来,一天之中的太阳光也并不总是那么充足。 为了克服这个时断时续的问题,人们想到了储能和逆放电系统。目前普遍采用的是基于锂离子电池的方案,但它的缺点也很明显 —— 成本高昂。 好消息是,麻省理工学院的研究人员们,已经开发出了一款可以“呼吸空气”、长期贮存能量的液流电池;且在同等能量密度下,其造价只有锂离子电池的 1/5 。

这款可充电液流电池的特点,是采用了液体的‘阴极电解液’和‘阳极液’作为电池的两极,通过离子的来回运动来储存或释放能量。

本例中,MIT 研究人员选择了溶解在水中的硫作为阳极液,以及寻找到了一种同样丰富的物质(含氧液体盐溶液)为阴极电解液。 论文合著者 Yet-Ming Chiang 表示:

在使用硫作为负极的同时,我们想要找到一种成本足够低廉的阳极材料。通过一次偶然的实验,我们发现氧气(甚至空气)都非常合适,即便这需要添加‘在硫和空气电极间来回移动电荷载体’的另一组件。

该空气液流电池的特点是, 当电池放电的时候,会吸入来自外界的空气;而在充电的时候,它又可以排出空气:

在吸入过程中,电池会在阴极电解液中产生带负电荷的氢氧根离子;

呼出氧气的时候,阳极液里则会产生带正电荷的氢离子。

Chiang 表示,其原理和人类的呼吸作用很像,通过在系统中获取氧气来平衡电荷。

研究团队成员(由左至右):Fikile Brushett、Kai Xiang、Liang Su、Zheng Li、Stephanie Eiler、Andres Badel、SamPan、Yet-Ming Chiang 。


实际上,“锂-空”电池也运用了相同的机制,但硫、水、盐材料的成本明显低很多。对于大规模储能的电网系统来说,成本的削减,才是让可再生能源普及和长期运行的关键。

研究人员称,在同等能量密度下,他们开发的这种液流电池,造价仅为锂离子电池的 1/5 。若将该电池的升级版本投入商用,预计每千瓦时的储能成本可控制在 20~30 美元之间。

相比之下,其它储能系统的每千瓦时储能成本,可能高达 100 美元。需要指出的是,当前阶段的液流空气电池的原型只有咖啡杯大小,但他们有信心可将这种设计用于更大规模的系统中。

下一步,研究团队计划进一步提升该空气液流电池的效率、性价比、以及工作寿命(当前仅为 1500 小时)。

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