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低成本大规模并网储能电池将研成

发布日期:2011-11-24 查看次数: 8269 作者:admin

核心提示:  能源公用事业公司在越来越多地寻找一些电池,以有助于稳定电网。因为可以快速存储,提供充电,这些电池就可以消除供需波动,有助于纳入多变的电力来源,如风能和太阳能。然而,现有的电池技术不是过于昂贵,就是不能使用足够的充电周期,难以实用。   现在,斯坦福大学(StanfordUniversity)的研究人员已经演示了一种高效新型纳米材料的电池电极,持续400

  能源公用事业公司在越来越多地寻找一些电池,以有助于稳定电网。因为可以快速存储,提供充电,这些电池就可以消除供需波动,有助于纳入多变的电力来源,如风能和太阳能。然而,现有的电池技术不是过于昂贵,就是不能使用足够的充电周期,难以实用。


  现在,斯坦福大学(StanfordUniversity)的研究人员已经演示了一种高效新型纳米材料的电池电极,持续40000个充电周期,不会明显丧失电荷存储容量。这项工作的领导是崔毅(YiCui),他是斯坦福大学材料科学与工程教授。崔毅说,这种电极是第一步,可制成新型低成本电池,适于存储大量电网电力。



电池测试:浸入硝酸钾电解液的电极,制备时采用铜和铁为基础的纳米材料,可带来低成本电池,用于并网储电。


  崔毅的新电池化学反应,使用廉价丰富的材料。它依靠锂离子电池中使用的相同原理,在电极之间移动钠或钾离子,进行充电和放电,但它做得更便宜。要并网储电,电池就要很大,而且,使用钠和钾很有吸引力,因为它们是如此丰富而廉价,崔毅说。这些电池将使用水性电解液,更便宜也更容易使用,胜过锂离子电池使用的有机溶剂型电解质。


  这种新的电极在一篇论文中做了说明,论文今天在线发表在《自然通讯》杂志,这种新电极也以常用材料为基础。研究人员首先要采用普鲁士蓝(PrussianBlue)颜料,就是一种铁和氰化物(cyanide)。他们用铜代替一半的铁,用所产生的化合物制成结晶纳米粒子,再把这些粒子涂到布状碳基质上。然后,他们把这种电极沉浸在硝酸钾(potassiumnitrate)电解质溶液中。


  这种电极在4万次充电周期后,可保持83%的充电容量,相比之下,铅酸蓄电池(lead-acidbatteries)只能使用几百个周期,而锂离子电池通常使用1000次。这种电极也呈现出99%的能量效率。你希望,充电时输入的电压和放电时输出的电压相同,崔毅说。对比其他任何电池材料,这绝对是最好的。


  杰伊惠特克(JayWhitacre)是卡内基-梅隆大学(CarnegieMellonUniversity)材料科学与工程教授,也是钠离子电池新创公司阿奎恩能源公司(AquionEnergy)的创始人,这家公司在匹兹堡(Pittsburgh),他说,这种电极表现出良好的循环寿命,但指出,它们的充电容量是比较低的:每克材料60毫安时,相比之下,阿奎恩公司的锰氧化物(manganeseoxide)阴极达100毫安时。此外,他说,它是基于铜,现在,这实际上是相当昂贵的。


  然而,大规模并网储电最重要的指标,是每次循环能量的单价,唐纳德沙德维(DonaldSadoway)说,他是麻省理工学院(MIT)材料科学与工程教授。在这方面,这种新材料具有数万次周期,比其他电池都有优势。最后,就归结到成本,他说。如果它们能提供这样的性能,成本大大低于钠硫(sodium-sulfur),那它们就成为优胜者了。


  除了成本和循环寿命之外,往返能源效率对于电网储能也非常重要,这样,充电过程中就不会浪费能量,克里斯托弗约翰逊(christopherJohnson)说,他是阿贡国家实验室(ArgonneNationalLaboratory)电池研究员。虽然不知道新电极的成本,但是,它的效率和循环寿命令人印象深刻,他说。研究人员还需要演示一种完整的电池单元,要有两个电极,但这可能会改变这些数字,约翰逊补充说。


  迄今制成的电极都是用作阴极。崔毅说,他的小组正在调整这种材料的化学反应,以制备一种阳极,他们也在研制原型电池。

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