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俄亥俄州立大学开发并推出储能时间更长的钾氧电池
  • 据报道,俄亥俄州立大学的研究人员近日在《电池与超级电容》杂志上发表的一项研究报告中详细阐述了他们的研究成果,该研究围绕着电池的阴极结构展开,阴极将化学反应产生的能量储存在金属-空气电池中。

    据报道,俄亥俄州立大学的研究人员近日在《电池与超级电容》杂志上发表的一项研究报告中详细阐述了他们的研究成果,该研究围绕着电池的阴极结构展开,阴极将化学反应产生的能量储存在金属-空气电池中。研究人员表示,这一发现可以通过更便宜、更高效的储能系统,使太阳能和风能等可再生能源成为更加可行的电网选择。
      
      该研究报告的撰写人之一、俄亥俄州机械和航空航天工程教授VishnuBabaSundaresan说,“如果想为电网选择一个完全可再生的能源,则需要部署存储多余电力的经济可靠的储能装置。而成本很低的储能技术是关键,因为不使用其他昂贵的金属材料,而且可以在任何地方生产,并促进经济的发展。”
      
      可再生能源发电不会排放二氧化碳,因此它们不会对全球变暖产生影响,但通常只有在阳光或风力充足时才能更好地提供能源。为了使它们成为电网的可靠电力来源,需要储能系统储存从阳光和风中获取的多余能量。因此,全球各地的公司、科学家和政府都在研究储能解决方案,其技术从锂离子电池到更大容量的液流电池。
      
      钾氧电池自2013年发明以来一直是储能的潜在替代品。由化学教授YiyingWu领导的俄亥俄州立大学的一组研究人员表示,钾氧电池比锂氧电池更高效,同时储能容量是同等规格的锂氧电池的两倍。但钾氧电池尚未被广泛用于储能系统,因为这种电池在充电循环次数方面无法达到应用要求。
      
      当研究小组致力于钾氧电池的开发和生产时,他们遇到了一个障碍:电池每次充电之后都会退化,充电周期不会超过5到10次,显然这不能使钾氧电池电池成为一种经济有效的储能解决方案。这种性能下降是因为氧气渗入电池的阳极,将导致电池阳极损坏,使其无法再充电。
      
      Sundaresan实验室的博士研究生Paul Gilmore开始在阴极采用聚合物技术,试图保护阳极免受氧气的影响。如果可以做到这一点,可以延长钾氧电池的工作寿命。结果证明他是对的:研究小组意识到膨胀聚合物对其性能起着至关重要的作用。Gilmore说,关键是找到一种方法,将氧气加入电池中,使电池能够正常工作,而不让氧气渗入阳极。
      
      这种设计原理有点像人们的肺:空气通过纤维状的碳层进入电池,然后遇到多孔性稍差的第二层,最后是由导电聚合物制成的第三层,可以允许钾离子穿过阴极,限制氧分子进入阳极。该设计意味着电池可以充电至少125次,使新型钾氧电池的寿命比以前开发的寿命长12倍。
      
      Sundaresan说,这一发现表明实现长时储能是可能的,但该团队的测试尚未证明新型钾氧电池可以按电网储能系统所需的规模制造。但是它确实显示出应用潜力。
      
      而Gilmore表示,钾氧电池在其他应用中也有更大的潜力。
      
      他说,“钾氧电池具有更高的能量密度,这意味着它们可以提高电动汽车的电池容量和便携式电子产品的电池寿命,尽管在钾氧电池适用于这些应用之前,还必须克服其他挑战。”
      
      这一发现为锂离子电池和其他依赖钴材料的电池提供了一种替代方案。这种材料的开采过程和成本让人诟病,包括特斯拉在内的一些主要厂商都宣布了将其完全从电池中淘汰的计划。
      
      “不采用钴材料的大规模应用的电池非常重要。”Sundaresan说。
      
      电池的制造成本也很重要。锂氧电池将成为一种可能的储能解决方案,被广泛认为是最可行的选择之一,许多价格昂贵的电池依赖包括钴在内的稀缺资源。而为许多电动汽车提供动力的锂离子电池的材料成本大约为每千瓦时100美元。研究人员估计,这种钾氧电池每千瓦时的成本约为44美元。
      
      Sundaresan说。“对于钾氧电池和锂氧电池来说,作为电网备用电源的成本一直很高。但是,现在我们已经证明,可以让电池变得便宜和稳定,相信今后可以与其他电网规模储能技术进行竞争。如果电池成本低廉,那么很容易扩大生产规模。”
      
      此外据悉,这项研究工作获得了美国国家科学基金会的资助。
      
      编译:Harris
      
      

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