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MIT開發出會呼吸空氣、長期貯存能量的液流電池!

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2017年11月11日20時 今日科學 科技泛潮

科技泛潮

電化學液流電池(electrochemical flow cell)一般稱為氧化還原液流電池(flow redox cell或者redox flow cell)是一種新型的大型電化學儲能裝置,正負極全使用釩鹽溶液的稱為全釩液流電池,簡稱釩電池.其荷電狀態 100%時電池的開路電壓可達 1.5 V。

儘管以風能和太陽能為代表的「可再生能源」備受推崇,但是它們的穩定性卻一直是個難題。比如風總是一陣一陣的來,一天之中的太陽光也並不總是那麼充足。為了克服這個時斷時續的問題,人們想到了儲能和逆放電系統。目前普遍採用的是基於鋰離子電池的方案,但它的缺點也很明顯——成本高昂。

好消息是,麻省理工學院的研究人員們,已經開發出了一款可以「呼吸空氣」、長期貯存能量的液流電池;且在同等能量密度下,其造價只有鋰離子電池的 1/5。這款可充電液流電池的特點,是採用了液體的『陰極電解液』和『陽極液』作為電池的兩極,通過離子的來回運動來儲存或釋放能量。本例中,MIT

研究人員選擇了溶解在水中的硫作為陽極液,以及尋找到了一種同樣豐富的物質(含氧液體鹽溶液)為陰極電解液。

在使用硫作為負極的同時,我們想要找到一種成本足夠低廉的陽極材料。通過一次偶然的實驗,我們發現氧氣(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回移動電荷載體』的另一組件。

該空氣液流電池的特點是,當電池放電的時候,會吸入來自外界的空氣;而在充電的時候,它又可以排出空氣:

在吸入過程中,電池會在陰極電解液中產生帶負電荷的氫氧根離子;

呼出氧氣的時候,陽極液里則會產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,通過在系統中獲取氧氣來平衡電荷。

液流電池工作原理:

液流電池是一種新的蓄電池,液流電池是利用正負極電解液分開,各自循環的一種高性能蓄電池。具有容量高、使用領域(環境)廣、循環使用壽命長的特點,是目前的一種新能源產品。氧化還原液流電池是一種正在積極研製開發的新型大容量電化學儲能裝置,它不同於通常使用固體材料電極或氣體電極的電池,其活性物質是流動的電解質溶液,它最顯著特點是規模化蓄電,在廣泛利用可再生能源的呼聲高漲形勢下,可以預見,液流電池將迎來一個快速發展的時期。目前,液流電池普遍應用的條件尚不具備,對許多問題尚需進行深入的研究。

循環伏安測試表明:石墨氈具有良好導電性、機械均一性、電化學活性、耐酸且耐強氧化性,是一種較好的電極材料,與石墨棒和各種粉體材料相比,更適合用於液流電池的研究和應用。研究表明採用的石墨氈電極分別進行了未處理、熱處理、酸熱處理。藉助於掃描電鏡,觀察了三種處理方式的石墨氈表面形貌的差異,熱處理和酸熱處理能除去石墨氈表面的雜質和影響電化學反應的污染物,使石墨氈表面乾淨平整,石墨氈的表面狀況得到明顯改善。交流阻抗實驗表明,與未處理石墨氈相比,經過熱處理、酸熱處理石墨氈的電阻明顯減小,證實了活化處理對石墨氈表面狀況的改善,使石墨氈材料得到改性,降低了電阻,增強了電化學活性。


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