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盐和电池:打破储能极限

2022-07-23    阅读量:30097    新闻来源:互联网     |  投稿

由于可再生能源的蓬勃发展,如今能源革命的限制因素不再是电力供应,而是电力储存。需要更清洁、更环保的电池为汽车、ebikes和设备充电更长时间。

未来,我们的大部分能源将来自太阳能和风能等可再生能源。但有时风不刮,太阳也不照耀。为了平衡电力供应,我们需要储存可再生能源产生的剩余电力,直到我们准备好消费它。这样做的一个重要方法是使用更好的电池。如果我们要为设想中的电动汽车和移动设备车队提供动力,我们还需要大量的电池。

问题是,即使是最好的电池也有问题。一大症结是锂离子电池使用锂作为关键组件。这是作为盐开采的。欧洲目前没有任何大型外汇储备,因此依赖从澳大利亚和智利等地进口。锂电池也很昂贵,存储容量有限,重复充电后会失去性能。

传统的锂离子电池有三个关键部件。有两种称为电极的固体成分鈥攖阳极和阴极鈥攁还有一种叫做电解质的液体。当电池放电时,电子从阳极流向阴极,为其连接的任何设备供电。正极锂离子通过电解液扩散,被阴极的负电荷吸引。当电池充电时,则相反。

能量密度

整个过程是可逆的电化学反应。这一基本过程有多种风味,涉及不同种类的化学品和离子。ASTRABAT项目正在探索的一个特别的选择是去掉液体电解质,改为固体或凝胶。理论上,这些固态电池具有更高的能量密度,这意味着它们可以为设备供电更长时间。它们的制造也应该更安全、更快,因为与典型的锂离子电池不同,它们不使用易燃的液体电解质。

法国格勒诺布尔原子能和替代能源委员会(CEA)的电化学博士索菲·梅利是阿斯特拉巴特项目协调员。她解释说,锂基固态电池确实已经存在。但这种电池使用凝胶作为电解质,只能在60℃左右的温度下工作,这意味着它们不适合许多应用。梅利博士说:“很明显,我们需要在这一领域进行创新,以应对气候变化的问题。”。

她和她的团队一直在努力完善一种更好的固态锂电池的配方。这项工作包括查看电池的各种候选组件,并找出哪些组件在一起工作得最好。梅利博士说,他们现在已经确定了合适的组件,并正在研究扩大电池制造规模的方法。

她和她的团队计划下一步研究的一个问题是,与典型的锂离子电池相比,从固态电池中回收锂和其他元素是否更容易。如果是的话,这可能会增加锂的回收利用,并减少对进口的依赖。

Mailley博士估计,如果研究进展顺利,到2030年左右,ASTRABAT正在研制的固态锂电池可能会在电动汽车上投入商业使用。Mailley博士说:“我不知道这些固态电池是否会成为下一个重要的电池创新。”。她说:“还有很多其他可能的解决方案,比如使用锰或钠(代替锂)。这些可能会奏效。但我们需要继续投资研究,以验证下一代电池的有效性。”。

带正电的

当涉及到为了稳定电网供应而储存能量时,电池需要可靠和高容量,这意味着昂贵。稀缺的锂不是最佳选择。相反,HIGREEW项目正在研究另一种不同类型的电池,称为氧化还原流动电池。

氧化还原液流电池的主要成分是两种液体,一种带正电荷,一种带负电荷。当电池使用时,这些电池被泵入一个称为电池堆的腔室,在那里它们被一层渗透膜隔开并交换电子鈥攃创建电流。

该项目的协调人是西班牙毕尔巴鄂附近一个研究中心CIC energiGUNE的化学家EduardoSanchez博士。他解释说,世界各地已经有大量大规模的氧化还原液流电池在运行,它们的设计是稳定的,可以使用大约20年。但这些现有的电池使用溶解在硫酸中的钒,这是一种有毒且具有腐蚀性的过程。安全要求意味着这些电池的制造必须花费巨大的成本。

“钒有很多优点鈥攊桑切斯博士说:“它既便宜又稳定。”但是如果你的电池有泄漏,那就不好了。您必须将油箱设计为非常耐用。"

毒性较小

HIGREEW项目正计划制造一种氧化还原液流电池,该电池使用的有毒物质要少得多,比如水中的盐溶液,它可以储存碳基离子。桑切斯和他的同事们一直致力于开发这种电池的最佳配方,筛选出许多不同的盐和化学溶液组合。他们现在已经列出了一些性能良好的原型的短名单,并正在努力扩大这些原型的规模。

中投能源中心正在进行一个大型原型电池的研制工作。桑切斯博士说:“我们必须确保他们在规模上保持良好的表现。”。

他的团队还一直在研究一种将商用电池膜材料浸渍的方法,以便对其进行化学改变,使其使用寿命更长。

桑切斯博士认为氧化还原液流电池前景光明。“我想说的是,我们在欧洲有一个蓬勃发展的时期,许多公司都在开发流动电池。”他预测,未来几年,制造氧化还原液流电池将为欧洲带来大量就业机会。

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