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哈佛大学开发出液体电池 寿命超十年 无需时常维护

时间:2017-02-17 09:54:59  来源:雷锋网   作者:蔡羽佳

 

液体电池迎来新的曙光:哈佛大学研发出一种寿命长,成本低的液体电池,优点多多且环保。
来自哈佛大学的 John A. Paulson 工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员研发出了一种新型液体电池,这种电池的电能储存在溶解于中性 pH 溶液里的有机分子中。这种新型化学电池无毒、无腐蚀性,并且拥有相当长的使用寿命,还能显著降低电池的生产成本。
该研究项目由 Michael Aziz——基因工程与材料和能源技术教授,以及 Roy Gordon——化学与材料科学教授共同领导,研究内容也刊登在美国化学学会能源刊物上。
液体电池的能量存储在外置罐里的液体溶液中,这种罐的容积越大,电池所能存储的能量就越多。液体电池所利用的能源是可再生资源或间歇性能源(如风能和太阳能)。但是目前的液体电池经过多次充电/放电的循环后,存储能量的能力就会大打折扣,必须要进行定期维护电池的电解质以保证存储容量的稳定。
这个哈佛团队改变了正电解质溶液和负电解质溶液中分子的结构,并将其溶解于水中,设计出了这种「每 1000 次循环仅损失存储容量百分之一」的液体电池。
Aziz 说:「锂电池经过 1000 次充电/放电的循环过程后都不会有该液体电池这样出色的表现。」
Gordon 说:「我们能够将电解质溶解在中性水中,这是一种持久的电池,你可以把它放在你的地下室里,如果它的液体洒在地板上也不必担心,因为它的介质是无腐蚀性的,不会破坏混泥土结构,你甚至可以找来更便宜的材料来构建电池的组件,例如水槽和泵。」
降低电池的制作成本是很有必要的。能源部(DOE)设定了一个目标,即研发一种储能电池使其消耗的费用要少于 100 美元/千瓦时,而这一目标也将使风能和太阳能与传统发电厂产生的能源一较高下。
Aziz 说:「如果你能接近这个成本目标,你就能改变世界。如果把这种电池应用在各个领域中,将为我们节省极大的成本。这项研究使我们距离实现这一目标又更近了一步。」
美国能源部电力处能源存储研究主管 Imre Gyuk 说:「这项关于水溶性有机电解质的研究对于未来电池的发展具有重要意义,指明了发展方向与方式,不仅有效提高了电池的循环寿命,还大大降低了制作成本。我预计,高效又持久的液体电池将成为电网基础设施的标准。」
博士后研究员以及此论文的第一作者 Eugene Beh 指出,设计这种液体电池的关键是要弄清为什么以前电池中的分子在中性溶液中会迅速降解,首先要明确负电解质中的紫罗碱分子是如何分解的。Beh 改变了其分子结构使其更具复原力。
接下来,该团队将研究重点转向了二茂铁——一种具有电化学性能的分子,并将其作为正电解质。
Beh 说:「二茂铁非常适合储存电荷,但完全不溶于水,它常与有机溶剂一起装在其他电池里,但这种物质具有易燃性并且价格昂贵。」
与分析紫罗碱类似,该团队分析过二茂铁分子的性质后,将其不溶性分子转变成可以进行稳定循环的高度可溶性分子。
Aziz 说:「水溶性二茂铁代表了用于液体电池的一种全新的分子类型。」
pH 中性溶液有助于降低分离电池离子选择透过性膜的成本。目前大多数的液体电池都在使用一些非常昂贵的聚合物,目的是要承受住电池内活跃性化学物质的反应。这些聚合物的费用占到整个装置总成本的三分之一。在膜的两侧上基本上都填充了盐水,而那些昂贵的聚合物可以由廉价的烃代替。
这份研究报告由 Diana De Porcellinis、Rebecca Gracia 和 Kay Xia 共同执笔。并得到了美国电力输送部、能源应用部以及美国能源部高级研究计划署能源部的支持。
在哈佛的技术开发处(OTD)的帮助下,这几位研究人员正在与几家公司合作,扩大自己的研发产品的应用领域,将其运用在工业技术中,并对选择透过性膜和电解质之间的相互反应进行优化。哈佛 OTD 已经提交了一系列亟待批准的关于液体电池技术创新的专利文件。
 
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