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双膜法为长时储能铺平道路

发布时间:2022/7/4 阅读:3123


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伦敦帝国理工学院的研究人员表示,双膜电池设计的一个新方法或能为低成本,长时储能提供关键。


帝国理工学院(Imperial College London)的研究人员使用新材料来制造一种低成本的氧化还原液流电池。


研究人员采用了一种新方法,通过双膜装置研发了可再生资源的长时储能电池,这种电池使用的是比以前设计的设备成本更低的材料。


帝国理工大学(Imperial College London)的工程师团队研发了一种聚硫化物-空气氧化还原液流电池(PSA RFB),旨在解决储能设备规模扩大的问题,该设备旨在支持太阳能等可再生能源的储能。


储存这种类型的能量有特殊的需求,因为收集它并在以后资源不可用的时候再利用它的特性是可变的。当没有阳光的时候。


为此,科学家研究了氧化还原液流电池,在电池充放电循环过程中,将能源储存在两端的液体电解液中。在这些电池中,储能多少取决于电解液的体积;理论上来讲,这样可以很容易地扩大电池的规模。


然而,通常用于氧化还原液流电池的电解液材料是钒,钒不仅价格昂贵,而且来自中国或俄罗斯,两个国家与西方存在艰难的政治和贸易关系,特别是现在还有俄乌战争。


材料的重要性

为了解决这个问题,研究人员一直在寻找成本更低且更易获得的材料用于氧化还原液流电池的电解液。由Nigel Brandon教授与Anthony Kucernak教授带领的帝国理工团队研发的方法是使用液体作为一种电解液,气体作为另一种。这种情况下的材料是多硫化物,或溶解在碱性溶液中的硫和空气。


研究人员表示,虽然这解决了钒的问题,但确实带来了性能问题,因为聚硫化物-空气氧化还原液流电池的性能到目前为止是有限的。他们还表示,这是因为在这些设备中使用的膜没有能够在阻止多硫化物进入电池的另一部分的同时发生必要的化学反应。


研究人员指出,当发生上述情况时,电池一侧的材料会失效,从而减少反应的发生,还可以阻碍另一侧催化剂的活性。


解决问题

为了解决这一问题,研究人采用了双膜方法,以分离聚硫化物与空气,并在其中间放入氢氧化钠溶剂。


研究人员表示,这不仅改变了性能损失的问题,而且所有用于设计的材料都相对廉价且易于获得,同时也解决了钒造成的之前的问题。


研究人员表示,这种电池在试验中的表现也比迄今为止从聚硫空气氧化还原液流电池中获得的最佳结果还要好。新设计能够提供更大的功率,可达5.8mw/cm²,研究人员在《Nature Communications》杂志中刊登了工作论文。


然而,在成本效益方面,研究人员表示,电池显示出不同结果。电池的能源成本,例如,储存材料的价格与存储能源多少之间的关系为$2.5/kWh,这与目前开发的其他氧化还原液流电池相比是合理的。


然而,与电池中的膜和催化剂的价格相比,电力成本或充放电速率的实现约为每千瓦1600美元。这一成本高于大规模储能的可行性,因此与理想相差甚远。然而,Brandon表示,研究团队认为可以进行改进以降低成本。


他在一份新闻声明中说:“为了使这种方法在大规模存储中具有成本效益,需要对性能进行相对适度的改进,这可以通过改变催化剂以增加其活性或进一步改进所使用的膜来实现。”


研究人员对该项目成立了一家公司RFC Power Ltd.,将设计商业化,作为其开发长时储能目标的一部分。膜方法为长时储能铺平了道路。

 

中国化学与物理电源行业协会 

杨柳翻译

2022.6.30



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