中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：帝國(guó)理工學(xué)院（Imperial College London）的研究人員使用新材料來(lái)制造一種低成本的氧化還原液流電池。
研究人員采用了一種新方法，通過(guò)雙膜裝置研發(fā)了可再生資源的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能電池，這種電池使用的是比以前設(shè)計(jì)的設(shè)備成本更低的材料。
帝國(guó)理工大學(xué)（Imperial College London）的工程師團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種聚硫化物-空氣氧化還原液流電池(PSA RFB)，旨在解決儲(chǔ)能設(shè)備規(guī)模擴(kuò)大的問(wèn)題，該設(shè)備旨在支持太陽(yáng)能等可再生能源的儲(chǔ)能。
儲(chǔ)存這種類型的能量有特殊的需求，因?yàn)槭占⒃谝院筚Y源不可用的時(shí)候再利用它的特性是可變的。當(dāng)太陽(yáng)不亮的時(shí)候。
為此，科學(xué)家研究了氧化還原液流電池，在電池充放電循環(huán)過(guò)程中，將能源儲(chǔ)存在兩端的液體電解液中。在這些電池中，儲(chǔ)能多少取決于電解液的體積；理論上來(lái)講，這樣可以很容易地?cái)U(kuò)大電池的規(guī)模。
然而，通常用于氧化還原液流電池的電解液材料是釩，釩不僅價(jià)格昂貴，而且來(lái)自中國(guó)或俄羅斯，兩個(gè)國(guó)家與西方存在艱難的政治和貿(mào)易關(guān)系，特別是現(xiàn)在還有俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)。
材料的重要性
為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員一直在尋找成本更低且更易獲得的材料用于氧化還原液流電池的電解液。由Nigel Brandon教授與Anthony Kucernak教授帶領(lǐng)的帝國(guó)理工團(tuán)隊(duì)研發(fā)的方法是使用液體作為一種電解液，氣體作為另一種。這種情況下的材料是多硫化物，或溶解在堿性溶液中的硫和空氣。
研究人員表示，雖然這解決了釩的問(wèn)題，但確實(shí)帶來(lái)了性能問(wèn)題，因?yàn)榫哿蚧?空氣氧化還原液流電池的性能到目前為止是有限的。他們還表示，這是因?yàn)樵谶@些設(shè)備中使用的膜沒(méi)有能夠在阻止多硫化物進(jìn)入電池的另一部分的同時(shí)發(fā)生必要的化學(xué)反應(yīng)。
研究人員指出，當(dāng)發(fā)生上述情況時(shí)，電池一側(cè)的材料會(huì)失效，從而減少反應(yīng)的發(fā)生，還可以阻礙另一側(cè)催化劑的活性。
解決問(wèn)題
為了解決這一問(wèn)題，研究人采用了雙膜方法，以分離聚硫化物與空氣，并在其中間放入氫氧化鈉溶劑。
研究人員表示，這不僅改變了性能損失的問(wèn)題，而且所有用于設(shè)計(jì)的材料都相對(duì)廉價(jià)且易于獲得，同時(shí)也解決了釩造成的之前的問(wèn)題。
研究人員表示，這種電池在試驗(yàn)中的表現(xiàn)也比迄今為止從聚硫空氣氧化還原液流電池中獲得的最佳結(jié)果還要好。新設(shè)計(jì)能夠提供更大的功率，可達(dá)5.8mw/cm2，研究人員在《Nature Communications》雜志中刊登了工作論文。
然而，在成本效益方面，研究人員表示，電池顯示出不同結(jié)果。電池的能源成本，例如，儲(chǔ)存材料的價(jià)格與存儲(chǔ)能源多少之間的關(guān)系為$2.5/kWh，這與目前開(kāi)發(fā)的其他氧化還原液流電池相比是合理的。
然而，與電池中的膜和催化劑的價(jià)格相比，電力成本或充放電速率的實(shí)現(xiàn)約為每千瓦1600美元。這一成本高于大規(guī)模儲(chǔ)能的可行性，因此與理想相差甚遠(yuǎn)。然而，Brandon表示，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為可以進(jìn)行改進(jìn)以降低成本。
他在一份新聞聲明中說(shuō):“為了使這種方法在大規(guī)模存儲(chǔ)中具有成本效益，需要對(duì)性能進(jìn)行相對(duì)適度的改進(jìn)，這可以通過(guò)改變催化劑以增加其活性或進(jìn)一步改進(jìn)所使用的膜來(lái)實(shí)現(xiàn)。”
研究人員對(duì)該項(xiàng)目成立了一家公司RFC Power Ltd.，將設(shè)計(jì)商業(yè)化，作為其開(kāi)發(fā)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能目標(biāo)的一部分。膜方法為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能鋪平了道路。
中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì) 楊柳翻譯
2022.6.30
