创新的双膜设计为氧化还原液流电池设计提供了更多的灵活性

根据伦敦帝国理工学院研究人员认为,一种新颖的电池设计策略可能是低成本、长期储能的关键。

创新的双膜设计为氧化还原液流电池设计提供了更多的灵活性。
双膜结构PSA RFB的实验装置。图片来源:帝国理工学院。

工程师和化学家已经开发出一种聚硫空气氧化还原流电池(PSA RFB),它有两层膜而不是一层膜。

双膜设计解决了这种大规模电池的主要问题,允许它储存来自可再生资源的多余能量,例如风能和太阳能。研究结果发表在该杂志上自然通讯

能量储存在氧化还原流电池的液态电解质中,由于化学反应,这些电解质在充电和放电期间通过电池。电解液的体积决定了储存的能量,这使得设计可以扩展。

但是,传统氧化还原液电池中普遍使用的钒电解液价格昂贵,主要来自俄罗斯或中国。

一个需要解决的问题

由奈杰尔•布兰登(Nigel Brandon)和安东尼•库切纳克(Anthony Kucernak)教授领导的帝国集团,一直在研究使用更便宜、更易获得的材料的替代方案。在这种情况下,多硫化物(硫溶解在碱性溶液中)和空气分别用作电解液和气体。

然而,聚硫空气电池的有效性受到了限制,因为没有一种薄膜可以完全促进化学反应,同时限制聚硫气体进入电池的另一部分。

如果多硫化物穿过空气这一侧,那么一侧的物质就会丢失,这就减少了那里发生的反应,抑制了另一侧催化剂的活性。这降低了电池的性能——所以这是一个我们需要解决的问题

欧阳孟正博士,伦敦帝国理工学院地球科学与工程系

研究人员设计了一种替代方案,用氢氧化钠溶液分隔两层膜,将多硫化物从空气中分离出来。这种设计的积极方面是,所有的材料,包括膜,都相对便宜和广泛可用,而且这种设计允许使用更广泛的材料。

评估成本

与聚硫化物-空气氧化还原流电池相比,新模型能够提供更大的功率,最高可达5.8毫瓦/厘米平方。

由于成本是长期、大规模存储的重要考虑因素,所以集团也进行了成本分析。根据储存能量的价格,他们估计每千瓦时的能源成本约为2.5美元。

根据电池中膜和催化剂的充放电率计算,电力成本约为每千瓦1600美元。虽然这一数值远远高于适合大规模储能的水平,但研究人员相信,进一步的进步是有可能的。

我们的双膜方法非常令人兴奋,因为它为这种电池和其他电池开辟了许多新的可能性。为了使其在大规模存储中具有成本效益,需要对性能进行相对适度的改进,这可以通过改变催化剂以增加其活性或通过进一步改进所使用的膜来实现

Nigel Brandon,伦敦帝国理工学院工程学院教授兼院长

迫切的需求

通过化学系Anthony Kucernak教授在催化剂方面的专长,以及化学工程系的宋启雷博士在膜技术方面的研究,团队内的研究已经开始。

一旦这项技术取得进展,RFC电力有限公司(RFC Power Ltd)将把这项新设计商业化,该公司是基于该团队的研究而成立的,目的是创造长时间的可再生能源存储。

现在迫切需要新的方法以合理的成本在几天、几周甚至几个月的时间内储存可再生能源。这项研究通过改进性能和低成本的材料来实现这一目标

Tim Von Werne,首席执行官,RFC电力有限公司

该研究由英国研究与创新工程和物理科学研究理事会以及欧洲研究理事会提供资金支持。

期刊引用:

夏,Y。,.(2022)一种性价比高的碱性聚硫-空气氧化还原流动电池,采用双膜电池结构。自然通讯doi.org/10.1038/s41467 - 022 - 30044 - w

来源:https://www.imperial.ac.uk/

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