改善液流電池性能和環保可持續性 科學家從蝦殼中發現電極材料
時間:2020-07-02 11:57來源:cnBeta 作者:綜合報道
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目前，在商用市場鋰離子電池是毫無爭議的主角，不過以液流電池為代表的可再生能源已經顯現出了巨大的潛力，在未來有望成為替代者。歸功于從蝦殼中發現的一種成分，研究人員為液流電池開發了新的電極組件，性能要優于目前的解決方案。
長期以來，液流電池（氧化還原液流電池）被視為從風能、太陽能等間歇性能源中提取能量的實力候補者，因為它們可以以相對較低的成本存儲大量的能量。液流電池將能量儲存在巨大的外部罐內的液態電解質中，電解質通過膜來回移動，以交換離子并對設備進行充電和放電。
這意味著，和現有鋰電池將能量存儲在電極材料中不同，這些液流電池的存儲能力可以通過簡單地增加儲罐的尺寸來擴大。這種類型的電池架構非常適合可再生能源存儲，因為在這種情況下，能量可能不會按需產生，而往往需要保存起來供以后使用。
目前液流電池解決方案中，比較有潛力的是將金屬釩作為電解質，這種材料因其在充電和放電過程中的可靠性而受到歡迎。在釩離子之間傳遞的過程中，電池的電極促進了這一過程，它通常由碳化的聚丙烯腈（一種合成聚合物）制成。
不過麻省理工大學的一個項目，主要尋找其他天然材料以提供更可持續的解決方案，并希望找到更好的性能替代者。研究人員找到了蝦殼中常見的甲殼素，這是一種類似纖維素的多糖，我們已經看到它被用于開發從可堆肥的食品包裝，到先進的防彈衣，再到更便宜的藥品。
該項目的主要作者，斯旺西大學的弗朗西斯科·馬丁·馬丁內斯（Francisco Martin-Martinez）說：“我們提出用甲殼素生產這些釩流電池電極，甲殼素是一種來自蝦殼的材料，除了碳，還含有氮”。
研究團隊將甲殼素沉積在氈狀電極上，并將其作為釩氧化還原流電池的一部分進行測試。測試結果顯示峰值功率密度改善了~100 mW cm–2。性能的提升固然可喜，但該團隊同樣對該設計的可持續發展性質感到興奮。
馬丁內斯表示：“它的好處不僅在于其良好的性能，還在于起始材料的低成本，鑒于廢物的再利用，這使得電極更具可持續性。這些來自蝦廢料的電極還可以應用于超級電容器、提供極高能量密度的電化學裝置，甚至是海水淡化過程中，不過我們的研究重點是釩氧化還原流電池。”
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