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美國研發(fā)低成本氧化還原液流電池 或提高可再生能源使用率
時間:2020-05-16 12:29來源:蓋世汽車 作者:余秋云
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（圖片來源：南加州大學）
據(jù)外媒報道，美國南加州大學（USC）的科學家們研發(fā)了一種新電池，可以解決限制可再生能源得到廣泛應用的電力存儲問題。該項技術基于已知設計得到發(fā)展，能夠將電力存儲在溶液中，對電子進行分類，并在需要時釋放電能，名為氧化還原液流電池（redox flow batteries）。雖然此種電池存在已有一段時間，但是南加州大學的研究人員們利用低成本的現(xiàn)成材料打造了一款更好的氧化還原液流電池。
南加州大學洛克碳氫化合物研究所（Loker Hydrocarbon Research Institute）聯(lián)合主任、化學教授兼該研究的主要作者Sri Narayan表示：“我們展示了一款廉價、長壽命、安全且環(huán)保的液流電池，對于大規(guī)模存儲太陽能和風能的系統(tǒng)而言，非常具有吸引力。”
對于可再生能源而言，能源存儲是一個很大的障礙，因為當風力渦輪機旋轉或陽光照射到太陽能電池板時，并不會總是同時產(chǎn)生電力需求。尋找可行的儲能解決方案也面臨著多重挑戰(zhàn)，因此南加州大學的科學家們正試圖解決該問題。
科學家們專注于氧化還原液流電池的原因在于該技術已經(jīng)成熟，而且目前已經(jīng)應用于有限的應用中。該電池利用液體存儲電化學能量，通過還原和氧化對電子進行分類和重組，并在需要時釋放電子發(fā)電。
南加州大學的科學家們主要的創(chuàng)新在于采用了不同的液體：一種硫酸鐵溶液以及一種酸。硫酸鐵是采礦業(yè)的廢棄物，不僅供應充足且價格低廉。蒽醌二磺酸（AQDS）是一種有機材料，由于具備穩(wěn)定性、溶解性以及儲能潛力，已經(jīng)在一些氧化還原液流電池中得到應用。
雖然上述兩種化學物各自都為人所熟知，但是這是科學家們首次將其結合，以證明其具備大規(guī)模儲能的潛力。南加州大學實驗室的測試證明，與競品相比，此種電池具有很大的優(yōu)勢。
例如，硫酸鐵不僅價格低且供應豐富（十分美金就可以買到約2.2磅），而且大規(guī)模生產(chǎn)AQDS的成本約為1.6美元/磅。按照該價格，南加州大學科學家研發(fā)的該款電池的材料成本約為66美元/千瓦時；如果實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，將比利用釩制成的氧化還原電池的成本便宜一半，而釩不僅更貴，還有毒。
此外，南加州大學科學家們在測試中發(fā)現(xiàn)，與其他競爭性技術不同，鐵- AQDS電池可以重復充電數(shù)百次，而且不會損失電力。儲能系統(tǒng)具備耐久性對于實現(xiàn)大規(guī)模應用而言非常重要。
而且，與鋰離子電池相比，該技術的儲能優(yōu)勢也更明顯。由于消費電子產(chǎn)品和電動汽車都采用鋰離子電池供電，而且此類產(chǎn)品普及率在提高，導致了鋰的稀缺，因而也推高了鋰離子電池的成本，因此更具經(jīng)濟效益且更便宜的儲能選擇就會更具吸引力。此外，鋰離子電池的續(xù)航時間也不長，還需要充電。
雖然可再生能源的使用率正在增長，但是由于儲能方案的限制，導致使用率也受到了限制。目前僅存儲20%的太陽能和風能就需要700千兆瓦時的電力，而1千兆瓦時的電力足夠70萬戶家庭使用一小時。
Said Narayan表示：“迄今為止，還沒有經(jīng)濟上可行、環(huán)保且可持續(xù)使用25年的能源存儲解決方案。鋰離子電池壽命不長，而釩電池會使用昂貴且有毒的材料，大規(guī)模使用被限制。我們的系統(tǒng)就能夠解決此類挑戰(zhàn)，而且預計此類電池可用于住宅、商業(yè)和工業(yè)建筑，以存儲可再生能源，為家庭、車輛、家用電器等供電。”
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