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美國科學(xué)家開發(fā)廉價(jià)電池 破解可再生能源儲(chǔ)存難題

時(shí)間:2017-10-16 16:20來源:科學(xué)網(wǎng) 作者:張章
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研究測試新電池存儲(chǔ)單元。圖片來源：《焦耳》
 
　　為了減少可再生能源在電網(wǎng)的存儲(chǔ)成本，同時(shí)捕獲更多能源，美國麻省理工學(xué)院科學(xué)家開發(fā)了一種由硫磺、空氣、水和鹽組成的新電池，這比目前市場上的電池便宜近100倍，并且儲(chǔ)能是鉛酸電池的兩倍。相關(guān)成果近日刊登于《焦耳》。
 
　　“為了讓可再生能源成為能源的主要部分,我們需要匹配的技術(shù)。”該論文資深作者、麻省理工學(xué)院材料科學(xué)與工程系的Yet-Ming Chiang說。“這項(xiàng)工作有助于我們朝正確的方向前進(jìn)，但我們需要迅速推進(jìn)，因?yàn)闆]有太多時(shí)間了 。”
 
　　目前，對可再生能源的一個(gè)批評是它的可變性。而且，能源儲(chǔ)存與可再生能源發(fā)電的耦合還處于初級階段，太陽能和風(fēng)能發(fā)電總量中，只有很小的一部分被儲(chǔ)存，其中存儲(chǔ)成本是最大的障礙之一。目前，電池材料的化學(xué)成本為10 ~100美元/千瓦時(shí)。
 
　　Chiang研究組致力于研究如何創(chuàng)建廉價(jià)存儲(chǔ)單元，主要基于正負(fù)極和電解質(zhì)廉價(jià)材料。研究人員對硫作為一種輕型和廉價(jià)的蓄電池的核心部件的潛力特別感興趣——這是一種豐富的非金屬，是天然氣使用的產(chǎn)物。所有的電池都是由正極、負(fù)極和電解質(zhì)構(gòu)成的，而研究小組想要探索硫如何充當(dāng)負(fù)極，而水作電解質(zhì)。
 
　　而對于電池的正極，研究人員通過一個(gè)偶然的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，氧氣可能作為電池的正極，因此，他們選擇空氣作為新電池的正極。此外，Chiang提到，“我們還需要添加另一個(gè)組件，即一個(gè)電荷載體在硫和空氣電極間來回移動(dòng)，結(jié)果我們選擇了鈉。”最終，這種電池的總化學(xué)成本約為1美元/千瓦時(shí)。
 
　　科學(xué)家設(shè)計(jì)了一個(gè)流電池架構(gòu)，通過一個(gè)泵和管子的設(shè)置，電荷會(huì)在電池組件間流過，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，幫助捕獲電子。這種方法的一個(gè)復(fù)雜之處是，可以儲(chǔ)存的電荷量取決于正負(fù)極的液體量。這意味著電池需要占用比傳統(tǒng)電池更多的空間，但是材料的低成本抵消了這一缺陷。
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