[图]改善液流电池性能和环保可持续性 科学家从虾壳中发现电极材料

2020年07月01日 15:05 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

目前,在商用市场锂离子电池是毫无争议的主角,不过以液流电池为代表的可再生能源已经显现出了巨大的潜力,在未来有望成为替代者。归功于从虾壳中发现的一种成分,研究人员为液流电池开发了新的电极组件,性能要优于目前的解决方案。

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长期以来,液流电池(氧化还原液流电池)被视为从风能、太阳能等间歇性能源中提取能量的实力候补者,因为它们可以以相对较低的成本存储大量的能量。液流电池将能量储存在巨大的外部罐内的液态电解质中,电解质通过膜来回移动,以交换离子并对设备进行充电和放电。

这意味着,和现有锂电池将能量存储在电极材料中不同,这些液流电池的存储能力可以通过简单地增加储罐的尺寸来扩大。这种类型的电池架构非常适合可再生能源存储,因为在这种情况下,能量可能不会按需产生,而往往需要保存起来供以后使用。

目前液流电池解决方案中,比较有潜力的是将金属钒作为电解质,这种材料因其在充电和放电过程中的可靠性而受到欢迎。在钒离子之间传递的过程中,电池的电极促进了这一过程,它通常由碳化的聚丙烯腈(一种合成聚合物)制成。

不过麻省理工大学的一个项目,主要寻找其他天然材料以提供更可持续的解决方案,并希望找到更好的性能替代者。研究人员找到了虾壳中常见的甲壳素,这是一种类似纤维素的多糖,我们已经看到它被用于开发从可堆肥的食品包装,到先进的防弹衣,再到更便宜的药品。

该项目的主要作者,斯旺西大学的弗朗西斯科·马丁·马丁内斯(Francisco Martin-Martinez)说:“我们提出用甲壳素生产这些钒流电池电极,甲壳素是一种来自虾壳的材料,除了碳,还含有氮”。

研究团队将甲壳素沉积在毡状电极上,并将其作为钒氧化还原流电池的一部分进行测试。测试结果显示峰值功率密度改善了~100 mW cm–2。性能的提升固然可喜,但该团队同样对该设计的可持续发展性质感到兴奋。

马丁内斯表示:“它的好处不仅在于其良好的性能,还在于起始材料的低成本,鉴于废物的再利用,这使得电极更具可持续性。这些来自虾废料的电极还可以应用于超级电容器、提供极高能量密度的电化学装置,甚至是海水淡化过程中,不过我们的研究重点是钒氧化还原流电池。”

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