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低成本大規模并網儲能電池將研成

發布日期:2011-11-24 來源: 中國電池網 查看次數: 11990 

核心提示:  能源公用事業公司在越來越多地尋找一些電池,以有助于穩定電網。因為可以快速存儲,提供充電,這些電池就可以消除供需波動,有助于納入多變的電力來源,如風能和太陽能。然而,現有的電池技術不是過于昂貴,就是不能使用足夠的充電周期,難以實用。   現在,斯坦福大學(StanfordUniversity)的研究人員已經演示了一種高效新型納米材料的電池電極,持續400

  能源公用事業公司在越來越多地尋找一些電池,以有助于穩定電網。因為可以快速存儲,提供充電,這些電池就可以消除供需波動,有助于納入多變的電力來源,如風能和太陽能。然而,現有的電池技術不是過于昂貴,就是不能使用足夠的充電周期,難以實用。


  現在,斯坦福大學(StanfordUniversity)的研究人員已經演示了一種高效新型納米材料的電池電極,持續40000個充電周期,不會明顯喪失電荷存儲容量。這項工作的領導是崔毅(YiCui),他是斯坦福大學材料科學與工程教授。崔毅說,這種電極是第一步,可制成新型低成本電池,適于存儲大量電網電力。



電池測試:浸入硝酸鉀電解液的電極,制備時采用銅和鐵為基礎的納米材料,可帶來低成本電池,用于并網儲電。


  崔毅的新電池化學反應,使用廉價豐富的材料。它依靠鋰離子電池中使用的相同原理,在電極之間移動鈉或鉀離子,進行充電和放電,但它做得更便宜。要并網儲電,電池就要很大,而且,使用鈉和鉀很有吸引力,因為它們是如此豐富而廉價,崔毅說。這些電池將使用水性電解液,更便宜也更容易使用,勝過鋰離子電池使用的有機溶劑型電解質。


  這種新的電極在一篇論文中做了說明,論文今天在線發表在《自然通訊》雜志,這種新電極也以常用材料為基礎。研究人員首先要采用普魯士藍(PrussianBlue)顏料,就是一種鐵和氰化物(cyanide)。他們用銅代替一半的鐵,用所產生的化合物制成結晶納米粒子,再把這些粒子涂到布狀碳基質上。然后,他們把這種電極沉浸在硝酸鉀(potassiumnitrate)電解質溶液中。


  這種電極在4萬次充電周期后,可保持83%的充電容量,相比之下,鉛酸蓄電池(lead-acidbatteries)只能使用幾百個周期,而鋰離子電池通常使用1000次。這種電極也呈現出99%的能量效率。你希望,充電時輸入的電壓和放電時輸出的電壓相同,崔毅說。對比其他任何電池材料,這絕對是最好的。


  杰伊惠特克(JayWhitacre)是卡內基-梅隆大學(CarnegieMellonUniversity)材料科學與工程教授,也是鈉離子電池新創公司阿奎恩能源公司(AquionEnergy)的創始人,這家公司在匹茲堡(Pittsburgh),他說,這種電極表現出良好的循環壽命,但指出,它們的充電容量是比較低的:每克材料60毫安時,相比之下,阿奎恩公司的錳氧化物(manganeseoxide)陰極達100毫安時。此外,他說,它是基于銅,現在,這實際上是相當昂貴的。


  然而,大規模并網儲電最重要的指標,是每次循環能量的單價,唐納德沙德維(DonaldSadoway)說,他是麻省理工學院(MIT)材料科學與工程教授。在這方面,這種新材料具有數萬次周期,比其他電池都有優勢。最后,就歸結到成本,他說。如果它們能提供這樣的性能,成本大大低于鈉硫(sodium-sulfur),那它們就成為優勝者了。


  除了成本和循環壽命之外,往返能源效率對于電網儲能也非常重要,這樣,充電過程中就不會浪費能量,克里斯托弗約翰遜(christopherJohnson)說,他是阿貢國家實驗室(ArgonneNationalLaboratory)電池研究員。雖然不知道新電極的成本,但是,它的效率和循環壽命令人印象深刻,他說。研究人員還需要演示一種完整的電池單元,要有兩個電極,但這可能會改變這些數字,約翰遜補充說。


  迄今制成的電極都是用作陰極。崔毅說,他的小組正在調整這種材料的化學反應,以制備一種陽極,他們也在研制原型電池。

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