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美國研發(fā)低成本氧化還原液流電池 或提高可再生能源使用率
時(shí)間:2020-05-16 12:29來源:蓋世汽車 作者:余秋云
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（圖片來源：南加州大學(xué)）
據(jù)外媒報(bào)道，美國南加州大學(xué)（USC）的科學(xué)家們研發(fā)了一種新電池，可以解決限制可再生能源得到廣泛應(yīng)用的電力存儲(chǔ)問題。該項(xiàng)技術(shù)基于已知設(shè)計(jì)得到發(fā)展，能夠?qū)㈦娏Υ鎯?chǔ)在溶液中，對(duì)電子進(jìn)行分類，并在需要時(shí)釋放電能，名為氧化還原液流電池（redox flow batteries）。雖然此種電池存在已有一段時(shí)間，但是南加州大學(xué)的研究人員們利用低成本的現(xiàn)成材料打造了一款更好的氧化還原液流電池。
南加州大學(xué)洛克碳?xì)浠衔镅芯克↙oker Hydrocarbon Research Institute）聯(lián)合主任、化學(xué)教授兼該研究的主要作者Sri Narayan表示：“我們展示了一款廉價(jià)、長壽命、安全且環(huán)保的液流電池，對(duì)于大規(guī)模存儲(chǔ)太陽能和風(fēng)能的系統(tǒng)而言，非常具有吸引力。”
對(duì)于可再生能源而言，能源存儲(chǔ)是一個(gè)很大的障礙，因?yàn)楫?dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)或陽光照射到太陽能電池板時(shí)，并不會(huì)總是同時(shí)產(chǎn)生電力需求。尋找可行的儲(chǔ)能解決方案也面臨著多重挑戰(zhàn)，因此南加州大學(xué)的科學(xué)家們正試圖解決該問題。
科學(xué)家們專注于氧化還原液流電池的原因在于該技術(shù)已經(jīng)成熟，而且目前已經(jīng)應(yīng)用于有限的應(yīng)用中。該電池利用液體存儲(chǔ)電化學(xué)能量，通過還原和氧化對(duì)電子進(jìn)行分類和重組，并在需要時(shí)釋放電子發(fā)電。
南加州大學(xué)的科學(xué)家們主要的創(chuàng)新在于采用了不同的液體：一種硫酸鐵溶液以及一種酸。硫酸鐵是采礦業(yè)的廢棄物，不僅供應(yīng)充足且價(jià)格低廉。蒽醌二磺酸（AQDS）是一種有機(jī)材料，由于具備穩(wěn)定性、溶解性以及儲(chǔ)能潛力，已經(jīng)在一些氧化還原液流電池中得到應(yīng)用。
雖然上述兩種化學(xué)物各自都為人所熟知，但是這是科學(xué)家們首次將其結(jié)合，以證明其具備大規(guī)模儲(chǔ)能的潛力。南加州大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的測試證明，與競品相比，此種電池具有很大的優(yōu)勢。
例如，硫酸鐵不僅價(jià)格低且供應(yīng)豐富（十分美金就可以買到約2.2磅），而且大規(guī)模生產(chǎn)AQDS的成本約為1.6美元/磅。按照該價(jià)格，南加州大學(xué)科學(xué)家研發(fā)的該款電池的材料成本約為66美元/千瓦時(shí)；如果實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，將比利用釩制成的氧化還原電池的成本便宜一半，而釩不僅更貴，還有毒。
此外，南加州大學(xué)科學(xué)家們?cè)跍y試中發(fā)現(xiàn)，與其他競爭性技術(shù)不同，鐵- AQDS電池可以重復(fù)充電數(shù)百次，而且不會(huì)損失電力。儲(chǔ)能系統(tǒng)具備耐久性對(duì)于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用而言非常重要。
而且，與鋰離子電池相比，該技術(shù)的儲(chǔ)能優(yōu)勢也更明顯。由于消費(fèi)電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車都采用鋰離子電池供電，而且此類產(chǎn)品普及率在提高，導(dǎo)致了鋰的稀缺，因而也推高了鋰離子電池的成本，因此更具經(jīng)濟(jì)效益且更便宜的儲(chǔ)能選擇就會(huì)更具吸引力。此外，鋰離子電池的續(xù)航時(shí)間也不長，還需要充電。
雖然可再生能源的使用率正在增長，但是由于儲(chǔ)能方案的限制，導(dǎo)致使用率也受到了限制。目前僅存儲(chǔ)20%的太陽能和風(fēng)能就需要700千兆瓦時(shí)的電力，而1千兆瓦時(shí)的電力足夠70萬戶家庭使用一小時(shí)。
Said Narayan表示：“迄今為止，還沒有經(jīng)濟(jì)上可行、環(huán)保且可持續(xù)使用25年的能源存儲(chǔ)解決方案。鋰離子電池壽命不長，而釩電池會(huì)使用昂貴且有毒的材料，大規(guī)模使用被限制。我們的系統(tǒng)就能夠解決此類挑戰(zhàn)，而且預(yù)計(jì)此類電池可用于住宅、商業(yè)和工業(yè)建筑，以存儲(chǔ)可再生能源，為家庭、車輛、家用電器等供電。”
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