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氧化還原流動電池以氫氣的形式儲存可再生能源

IEEE電氣電子工程師 ? 來源:IEEE電氣電子工程師學會 ? 2020-05-16 10:40 ? 次閱讀

談到可再生能源,最大的問題可能是:我們如何儲存所有的能源供日后使用?因為這種能量在自然界是間歇性的,所以在有剩余的時候儲存是保證雨天(字面意思是雨天)、夜間或不刮風時可以保持持續(xù)供應的關鍵。

使用現(xiàn)在的鋰離子電池進行長期的電網(wǎng)存儲是不可行的,原因有很多。例如,它們有固定的充電容量,并且在很長一段時間內不能很好地保持電量,其造價和維護成本并不便宜。

有人提出,解決辦法是以氫燃料的化學形式而不是電的形式儲存能量。這包括使用稱為電解槽的裝置,利用可再生能源將水分解成氫氣和氧氣。

華盛頓太平洋西北國家實驗室(Pacific Northwest National Laboratory)負責固定能源儲存研究的首席科學家Wei Wang說:“氫是這類工作非常好的載體。它是一種高效的能源載體,可以很容易地儲存在加壓罐中。當需要的時候,這些氣體可以通過燃料電池轉換回電能,然后送入電網(wǎng)。

但是水電解槽很貴。它們在酸性條件下工作,需要耐腐蝕的金屬板和由鈦、鉑和銥等貴金屬制成的催化劑。奧斯陸一家專門從事制氫和儲氫的公司Nel Hydrogen的研發(fā)副總裁Kathy Ayers說:“不僅如此,氧電極的效率也不高。她說:“你失去了大約0.3伏特,僅僅是因為你試圖將水轉化為氧氣,或者反之亦然。分裂水分子需要1.23伏的能量。”

為了克服這一問題,在獲得美國能源部高級研究項目機構Energy的資助后,Nel Hydrogen和Wang在太平洋西北的團隊于2016年聯(lián)手,提出的解決方案是一種既能作為電池又能作為氫氣發(fā)生器的燃料電池。

“我們稱之為氧化還原流電池,因為它是氧化還原流電池和水電解槽的混合體,”Wang解釋說。

Photo: Nel HydrogenNel Hydrogen's reversible fuel cell system.

氧化還原液流電池,本質上是一種可逆的燃料電池,通常由儲存在兩個獨立油箱中的正極和負極電解液組成。當液體被泵入位于兩個罐之間的電池組時,就會發(fā)生氧化還原反應,并在電池的電極上產(chǎn)生電能。

相比之下,新發(fā)明只有一種電解質,由溶解在酸中的鐵鹽(而不是更常用的釩)組成。當氫離子與鐵鹽(Fe2+)反應時,電池組中涂有鉑的碳陰極會產(chǎn)生氫氣。

“我們引入鐵作為中間人,因此我們可以將電解分為兩個反應,”Wang說。這樣做可以控制何時何地反向反應,產(chǎn)生電能供應電網(wǎng)。他說,“在反反應中再生Fe2+也可以連續(xù)生產(chǎn)氫氣。而且由于氫鐵電池使用的電壓大約是傳統(tǒng)電解槽的一半,如果你做得好,你可以以更低的成本產(chǎn)生氫氣。”

這也有助于鐵比釩更便宜和更豐富。

新加坡國立大學(National University of Singapore)的材料科學家Qing Wang看到了另一個好處。他說:“如果你更關心純度,想擁有超純氫,那么也許這是一個很好的解決方案。電解過程中有時會發(fā)生交叉污染,因為產(chǎn)生的氫氣和氧氣非常小,它們能夠穿過膜分離器。”

新的氧化還原流動電池在實驗室測試中表現(xiàn)良好,顯示出高達每平方厘米1安培的充電能力,比正常流動電池增加了10倍。它還能夠承受“幾百次循環(huán)”的充電,這在氫離子流電池中從未被證明過,Wang說,他擁有多項發(fā)明專利,還有幾項正在申請中。

當PNNL團隊在一個10平方厘米的單電池上進行實驗時,Nel Hydrogen公司的Ayers和她的同事們證明,即使將這項技術擴展到一個100平方厘米的5個電池組,它也可以工作。他們計劃在接下來的幾個月里對系統(tǒng)進行微調,消除扭結,比如在將其商業(yè)化之前,如何將酸性電解液對泵造成的損害降到最低。

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
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原文標題:氧化還原流動電池以氫氣的形式儲存可再生能源

文章出處:【微信號:IEEE_China,微信公眾號:IEEE電氣電子工程師】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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