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新型锂基流电池问世储电量为传统电池10倍

2019/08/15 来源:湖北信息港

导读

被称为流的工业规模的电池有朝一日将开辟可再生能源的广泛使用,但这只有在这些设备能够便宜地存储大量能源,并将其输送到电中时才能实现。而这正是传

  被称为流的工业规模的电池有朝一日将开辟可再生能源的广泛使用,但这只有在这些设备能够便宜地存储大量能源,并将其输送到电中时才能实现。而这正是传统流电池不能做的事。如今,研究人员报告说,他们已经研制出一种使用锂离子技术的新型流电池,这种电池存储的能量大约为市场上常见流电池的10倍。在经过一些改进后,新电池将能够对人们存储和释放能源的方式产生重要影响。

  流电池与人们都在使用的充电电池没有什么大的区别,除了它们巨大的体积。在传统充电电池中,电荷被储存在名为阳极的电极中。当放电时,电子被拉出阳极,连通它们工作的外部电路,并返回名为阴极的第二个电极。电极之间的液体电解质输送离子通过电池从而使电荷保持平衡。电池可以通过插上进行充电 此举迫使电荷与离子反向流动。

  然而在流电池中,电荷被储存在位于外部液槽的液体电解质中。运送电荷的电解质能够随后被泵送到一个电极组件中,这种组件被称为叠层,包含了被一个离子导电膜分离的两个电极。这一装置使得大量电解质能够被储存于液槽中。由于这些液槽没有体积限制,因此一部流电池的存储能力可以根据需要按比例放大。这也就使得它们成为为输电存储大量能源的理想装置。

  一种利用锂离子技术的新型流电池能够比传统电池储存更多的能源。

  如今,的流电池被称为全钒液流电池(VRBs),这种电池将电荷储存在将钒离子溶解于水性溶液的电解质中。钒的优势在于其离子稳定性,并且能够在电池中反复循环而不会经历不必要的副反应。但钒价格昂贵,并且VRBs具有相对较低的能量密度。这也就意味着外部液槽必须相当大才能够保持有用的足够功率。

  与VRBs相比,锂离子电池具有高得多的能量密度。然而很难将这项技术合并到流电池中。首先,流电池中将两个电极分离的膜必须能够顾及到锂离子的快速通道,从而在充放电过程中保持电荷平衡。目前的锂导电膜有效但脆弱,或灵活但效率低下。

  为了解决这一问题,由新加坡国立大学材料学家Qing Wang率领的研究团队提出了一个混合的解决方案。他们保持了整体的流电池体系结构,即由一个中央电极叠层分离的电荷储存槽。但是在外部液槽的内部,研究人员放置了与液体完全相反的固体锂存储材料,一种含有常见的锂离子电池阴极材料,名为磷酸铁锂(LiFePO4);另一种含有二氧化钛(TiO2),它有时会被用作锂离子电池的阳极。研究人员随后使用带电液体 被称为氧化还原介质 从固体到叠层并来回运送电荷。固体存储材料是多孔的,足以使液体氧化还原介质沸腾通过,并抓住电子和锂离子,将它们运送到膜。

  研究人员同时改进了传统柔性膜材料,被称为全氟磺酸,并将其与另一种聚合物结合在一起,从而能够更好地让锂离子通过。该方法已经奏效。研究人员在11月27日的《科学进展》杂志上报告指出,与VRBs相比,这种新型的锂基流电池按液槽的体积计能够比前者多储存10倍的能量。

  美国哈佛大学流电池专家Michael Aziz认为,这是一项 非常具有创新性 的工作。但他强调,尽管新电池具有更高的能量密度,但它提供能量的速度只是传统流电池的1/10000,这对于大多数应用而言太慢了。

  Wang和他的同事承认这一局限,但他们表示通过进一步改善膜以及电荷转运氧化还原介质,应该能够提高输出流量。如果研究人员真的做到这一点,新的锂基流电池将为可再生能源储存提供急需的支持。

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