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    納米電極或實現大規模并網儲能

    編輯:哈爾濱德爾頓電子科技有限公司  字號:
    摘要:納米電極或實現大規模并網儲能
    斯坦福大學的研究人員日前用銅化合物組成的納米材料研發出了一種新的電池陰極,可反復充電4萬次。斯坦福大學材料科學與工程學院副教授崔毅稱:“由于該技術造價不高且耐用,它可以滿足電網大規模的儲能需求?!?

    崔毅表示:“這一研究為風能、太陽能因天氣原因而導致發電量驟降提供了解決方案。因為不能保證每天都是晴天,同時也無法保證每天都刮風,因此如果想要大規模發展風光電,間歇性是其主要障礙。如果我們能有一個高效、持久且可以反復使用的電池,那么我們就可以將風能、太陽能產生的多余電力儲存起來。同時,電池的造價不能太過昂貴,否則,無法實現商業化拓展?!?

    實現4萬次充放電

    目前,斯坦福大學的研究人員已經部分實現了這一想法,那就是采用銅化合物納米材料的新電極,在反復充電4萬次后,其電池容量依然可以保持83%。而傳統鋰離子電池的充放電次數為400次,隨后電容量就迅速下降。斯坦福大學材料科學與工程學院研究生克林·威爾斯表示:“通過每天進行數次充放電實驗,我們預計這個電極的使用壽命能達到30年?!蹦壳坝嘘P研究已經發表在《自然·通訊》雜志上,克林·威爾斯是主要作者。

    該研究的合著者、克林·威爾斯的導師崔毅表示:“電池能反復充電這么多次,性能絲毫沒有減弱,這真是一次突破?!?

    研究人員首先要采用普魯士藍(即亞鐵氰化鐵),隨后,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電解質溶液中??肆?amp;middot;威爾斯表示:“由于鉀離子可以自由移動,因此電極的充放電周期非???,這是非常重要的?!?

    據介紹,新電池的化學反應采用廉價材料。其原理與鋰離子相同,鈉或鉀離子在電極之間移動,進行充放電。崔毅稱:“要并網儲電,電池體積會很大,鈉和鉀很具吸引力,因為它們產量多且廉價?!?

    性能強于鋰離子電池

    崔毅帶頭的研究小組還有不少研究是基于鋰離子,鋰離子電池能量密度很高,這就是說他們體積相對較小,更適合運用于便攜的電子產品,如筆記本電腦等。但是,如果談到電網的儲能問題,能量密度并不是那么重要。你可以有一個像房子那么大的電池, 它不需要便攜。另外,成本也是一大考慮。

    鋰離子電池的一些組件造價昂貴,而且建造一個很大規模的鋰離子電池用于電網儲能,成本到底多大,目前并不清楚。威爾斯表示:“當時我們認為,如果想開發用于電網儲能的電池,我們就應該考慮鋰離子以外的原料。我們選用的材料,如鐵、銅以及氮都是非常便宜的。另外,我們使用水性電解液,而不是有機電解液,其成本又降低了一些?!?

    新電極主要是限制就是其化學性質導致它僅適合作為高壓電極。但是,每一個電池需要兩個電極—— 高電壓的陰極和低電壓陽極,以通過電壓差來產生電力。研究人員需要找到另一種物質制成陽極,才可以制成電池。崔毅表示:“目前他們正在試驗各種不同物質來制成陽極,已經有一些潛在合適材料?!?

    斯坦福大學材料科學與工程學院名譽教授羅伯特·哈金斯表示,雖然目前沒有形成完整電池,但是新電極的表現已經超過現有任何電池的電極。這一發現為風電系統提供了很好的儲能解決途徑。崔毅表示:“現在已開發的電極材料在實驗室階段前景巨大,但是商業化推廣存在困難。對于這種新電極,不存在這種問題。新電極商業化推廣并不困難。我們將化學物質放到燒瓶中,從而得到電極材料,你可以獲得更多原料。要生產這種電池,我們沒有很大的技術挑戰?!?

    新電極充電容量較低

    此外,也有業內人士對這一技術提出了不足??▋然?amp;middot;梅隆大學材料科學與工程教授杰伊·惠特克表示:“相比其他電極,這種電極擁有良好的循環周期,但是其也有自身不足,它的充電容量較低,每克材料電容量只有60毫安時,相比之下,錳氧化物的陰極達100毫安時。雖然說造價低廉,但是以銅代替鐵,其成本有所上升?!?

    麻省理工學院材料科學與工程教授唐納德·沙得維表示:“大規模并網儲電最重要的指標是每次充電周期所產生能量的價格。這一新材料擁有明顯優勢,因為它可以實現數萬個周期的充放電,成本也將因此降低。其整體性能將優于鈉硫電池?!?

    阿貢國家實驗室電池研究員克里斯托副·約翰遜表示:“除了成本和循環周期之外,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。雖然不知道新電極的成本,但是,它的效率和循環壽命表現卓越?!毖芯咳藛T還需要研發陽極,以形成完整的電池單元?!?
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