盡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并不總是那么充足。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。目前普遍采用的是基于鋰離子電池的方案,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,是采用了液體的‘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。論文合著者 Yet-Ming Chiang 表示:
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。
研究團隊成員(由左至右):Fikile Brushett、Kai Xiang、Liang Su、Zheng Li、Stephanie Eiler、Andres Badel、SamPan、Yet-Ming Chiang 。
實際上,“鋰-空”電池也運用了相同的機制,但硫、水、鹽材料的成本明顯低很多。對于大規模儲能的電網系統來說,成本的削減,才是讓可再生能源普及和長期運行的關鍵。
研究人員稱,在同等能量密度下,他們開發的這種液流電池,造價僅為鋰離子電池的 1/5 。若將該電池的升級版本投入商用,預計每千瓦時的儲能成本可控制在 20~30 美元之間。
相比之下,其它儲能系統的每千瓦時儲能成本,可能高達 100 美元。需要指出的是,當前階段的液流空氣電池的原型只有咖啡杯大小,但他們有信心可將這種設計用于更大規模的系統中。
下一步,研究團隊計劃進一步提升該空氣液流電池的效率、性價比、以及工作壽命(當前僅為 1500 小時)。有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《焦耳》(Joule)期刊上。
責任編輯: 李穎