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據(jù)外媒報道，美國科羅拉多大學(xué)博爾德分校（CU Boulder）研究人員日前在發(fā)表的論文表示，開發(fā)出低成本、高性能的新型液流電池，可以為風(fēng)能和太陽能提供電網(wǎng)級電池儲能系統(tǒng)，這有助于電力公司減少對化石燃料的依賴。
該研究報告者之一，科羅拉多大學(xué)博爾德分校德化學(xué)系助理教授Michael Marshak說。“我們發(fā)現(xiàn)了迄今為止一些性能表現(xiàn)最好的電池材料，超越了以往材料的性能極限。并且成本低廉，無毒且容易獲得。”Marshak也是科羅拉多大學(xué)可再生和可持續(xù)能源研究所（RASEI）的研究員。
可再生能源在美國電力生產(chǎn)中占有越來越大的份額，但目前缺乏一種大規(guī)模的解決方案來儲存和重新部署所收集的可再生能源，以滿足陽光和風(fēng)力不足的電力需求。
科羅拉多大學(xué)博爾德分校（CU Boulder）博士生Brian Robb（左）和助理教授Michael Marshak（右）
Marshak說，“很多電網(wǎng)的供需不匹配，太陽能發(fā)電設(shè)施在上午可以滿足電網(wǎng)的電力需求，但電力需求往往在下午晚些時候達到峰值，可能從太陽落山一直持續(xù)到半夜。因此，很多公用事業(yè)公司通過建設(shè)更多的煤炭發(fā)電廠和天然氣發(fā)電廠來填補這一空白。”
Marshak表示，雖然鋰離子電池儲能系統(tǒng)可以滿足電力需求，但是可能需要大量的電池來提供小型化石燃料發(fā)電廠一小時的電力。因此，并不能滿足大型風(fēng)力發(fā)電場或太陽能發(fā)電設(shè)施的需求。
Marshak說。“鋰離子電池的基本問題是不能大量地擴展，電池串聯(lián)越多，電阻越大，同時增加需要其他組件。所以從本質(zhì)上講，如果想要提供兩倍的電力容量，那么就需要部署兩倍的電池，而當(dāng)儲能容量十分龐大時，在成本效益方面并不經(jīng)濟。”
液流電池被人們認為是一種更具前途的儲能方法。液流電池將其電解質(zhì)以液態(tài)的形式儲存在大容量儲存罐中，能夠提供穩(wěn)定的電能。
雖然有一些液流電池持續(xù)運行幾十年的例子（例如在日本），但由于其體積龐大、運行成本高和電壓相對較低，它們在商業(yè)和市政運營中一直難以獲得廣泛的應(yīng)用。
Marshak說，“規(guī)模對于液流電池儲能系統(tǒng)來說不是什么問題，因為這取決于儲存電解液的罐體體積，重要的是降低成本，而這正是我們致力改進的地方。因此，我們的研究人員重新進行液流電池基礎(chǔ)研究，審視多年前研究過的化技術(shù)，發(fā)現(xiàn)其關(guān)鍵是結(jié)合有機粘合劑或采用螯合物（具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的絡(luò)合物）與鉻離子相結(jié)合，以穩(wěn)定有效的電解質(zhì)。”
該研究報告的另一作者，科羅拉多大學(xué)博爾德分校（CU Boulder）化學(xué)與生物工程系（CHBE）博士生Brian Robb說，“有些研究人員以前采用過這種方法，但對其結(jié)合劑沒有給予足夠的重視，我們認為需要為金屬離子定制螯合物，為此開展了很多研究工作，并最終找到了能夠緊密結(jié)合的正確方法。”
Michael Marshak、Brian Robb和本科生Jason Farrell研發(fā)定制了一種名為PDTA的螯合物，它在鉻電子周圍形成一個屏蔽層，可以防止水阻礙電池反應(yīng)。
PDTA是EDTA的一個衍生產(chǎn)品，EDTA是一種在洗手液、食品防腐劑和市政水處理中使用的藥劑，因為具有殺菌特性，被認為是無毒的藥劑。這種化學(xué)物質(zhì)也使用良性鉻，與不銹鋼手術(shù)器械中使用的鉻相同。
Robb說，“我們讓它在相對中性的pH值為9的溶液中工作，這與那些使用高腐蝕性酸性溶液的電池截然不同。而這種材料已經(jīng)有一些工廠大量生產(chǎn)。”
Marshak和Robb為此提交了一項技術(shù)專利。 他們計劃繼續(xù)優(yōu)化這種電池，其中包括在實驗室中擴大規(guī)模，以便將其液流電池可以提供更長時間的電力。
Marshak說，“我們已經(jīng)從根本上解決了這個問題，現(xiàn)在我們可以嘗試很多方法來不斷提高性能極限。”
原標(biāo)題：美高校開發(fā)出低成本、高性能新型液流電池
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