新液流电池膜:更简单、更便宜、更耐用

科技工作者之家 2019-11-11

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AquaPIM液流电池膜。

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伯克利实验室的研究人员正在测试AquaPIM液流电池膜。

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安装了离子选择性AquaPIM膜(米色)的液流电池示意图。

可再生能源的存储问题一直困扰着人类。为了解决这个问题,工程师为电网设计了巨型电池:液流电池,它能够将电能存储在液体电解质中。然而到目前为止,电力公司都还没有找到一种经济、高效且可靠的液流电池,来为成千上万的家庭提供长期、稳定的储能、供能服务。

据techxplore.com网站11月7日报道,美国能源部劳伦斯•伯克利国家实验室的研究人员开发的电池薄膜技术,可能是一种妥善解决储能问题的方案。研究人员以聚合物AquaPIMs为原料,开发了一种多功能、廉价电池膜。这种聚合物膜使长寿命、低成本栅极电池的制造具备了可行性。研究人员还开发了一个简单的模型,可以用于分析不同电池薄膜对电池寿命的影响。这对液流电池技术的早期研发过程有巨大的推动作用。能量存储研究联合中心(JCESR)首席研究员、伯克利实验室研究人员、项目负责人Brett Helms说:“基于AquaPIM的膜技术可以加速液流电池的市场开发。其他研究人员通过使用我们的技术和经验模型,可以快速地评估电池组件的情况。这可以节约大量的时间和资源。”

大多数栅极电池使用的化学物质都是高碱性的,而现在使用的先进电池膜(如氟化聚合物膜)却是为酸性化学反应设计的。Helms介绍说,电池膜的成本可以占到电池总成本的15%~20%。论文第一作者、Helms实验室研究人员Miranda Baran补充说:“由此可见,以高性能替代品替换氟化膜,是降低液流电池成本的有效方法。”

Helms等在前期实验中发现,经偕胺肟修饰的电池膜,能使离子在阳极和阴极之间快速移动。后来,他们还证实,AquaPIM膜在碱性电解液中非常稳定。这种稳定性有效抑制了AquaPIM膜孔的坍塌,使其能维持导电性。

在评估AquaPIM膜性能时,研究人员开发了一个模型,建立了电池性能与膜性能的联系。在该模型的帮助下,研究人员无需制造出完整的电池设备,就能预测液流电池的寿命和效率。并且,新模型也可以用于其他电池化学物质和电池膜的研究。Helms说:“一般来讲,你需要等上几周、甚至几个月,才能弄清楚电池的寿命。而我们设计的模型,可以把时间缩短到几个小时或几天。”

研究人员下一步的计划是将AquaPIM膜用于金属-无机物和有机物-聚合物等类型的液流电池的化学反应。他们预测,AquaPIM膜与其他类型的碱性锌电池也有良好的兼容性。

科界原创 

编译:雷鑫宇 

审稿:阿淼  

责编:张梦 

期刊来源:《焦耳》

期刊编号:2542-4351 

原文链接:

https://techxplore.com/news/2019-11-scientists-grid-batteries-renewable-energy.html

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