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冰激凌状的新电极材料将开启可再生能源的廉价储存时代

现在,被称为“液流电池”的设备吸引了许多科学家的注意,他们正在寻找可负担得起的解决方案,用于电网规模的能量存储,但它们足够负担得起吗?

向可再生能源的转变,需要前瞻性的存储解决方案,而麻省理工学院设计的一种新的液流电池被认为是一种具有成本效益的候选电池。

麻省理工学院的一个团队认为在这个方面还有改进的空间,并开发了一种类似于软冰激凌的新型电极材料,他们相信这种材料可以集成到“半固态”电池中,以廉价的方式储存可再生能源。

上图:麻省理工学院研发的一种新的电极材料为可再生能源提供了一种经济实惠的新存储解决方案。

当谈及可再生能源的储存时,液流电池是一个特别诱人的提议,因为它们灵活、可扩展,而且比锂离子便宜得多。这些装置将能量储存在两个储罐中的液体中,当液体离子通过一种特殊的薄膜将化学能转化为电能时,收集或释放能量。

由于系统的存储容量可以简单地通过增加储罐的大小,以及它们可以容纳的液体电解液的量来扩大,因此,液流电池可以提供一种以相对较低的成本存储大量可再生能源的方法。同样,对它们有利的是,它们可以一次储存数月的能量,以填补太阳能和风能提供的间歇性供应中不可避免的缺口。

为此,麻省理工学院的研究人员正着手设计和制造一种更实惠的液流电池,它使用的化学物质比目前的候选材料更便宜,比如,依赖钒的氧化还原液流电池。为了寻找一种更实惠的导体,该团队在实验室进行了广泛的实验,最终找到了一种粘稠的混合物配方,这种混合物的稠度类似于糖蜜,似乎能够提供理想的性能。

这种入选配方的质地类似于软冰淇淋,是由一种厚厚的黑色混合物组成的,其中含有分散的二氧化锰(MnO2)颗粒和炭黑中的导电添加剂。当混合物从储罐中泵向薄膜时,炭黑与导电锌溶液发生反应,能有效地将化学能转化为电能。

采用这种混合物的半固态液流电池与其他能量存储系统一起进行了测试,研究团队想看看它们在运行成本方面的比较情况。因为它使用的是一种类似浆液的混合物,而不是传统的液流电池所采用的水溶液,所以它需要更多的能量才能将液体从水箱泵到膜上。但即使考虑到这一点,科学家们说他们的新型半固态液流电池的表现依然良好。

他们计算了8小时、24小时和72小时的运行成本,发现对于任何超过一天的存储时间,该设计都优于钒氧化还原液流电池和锂离子电池。

研究团队表示:“我们进行了全面的、自下而上的分析,以了解电池的成分如何影响性能和成本,并考虑了所有的权衡。我们证明,我们的系统可以比其他系统更便宜,并且可以扩展规模。”

科学家们指出,为了促进向可再生能源的大规模转变,需要研发出一套存储技术。根据该团队的说法,不同的情况可能需要不同的解决方案,锂电池在8小时或更短的时间内提供一个很好的备份选项,但如果超过8小时,就会变得昂贵。虽然氢电池对于短期存储来说很昂贵,但对于长期存储来说可能是划算的。该团队计划继续开发这种新颖的电池系统,看看它可能会在这一阵容中处于什么位置。

该团队成员、麻省理工学院能源倡议(MIT Energy Initiative)的研究科学家埃姆雷·根泽尔(Emre Gençer)表示:“向清洁能源的过渡需要不同持续时间的储能系统,以备阳光不照、风不吹的时候使用。我们的工作表明,当这些VRE电源在一天或更长时间不能发电时(例如在自然灾害的情况下),半固态液流电池可能是一种既可以挽救生命又很经济的选择。”

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