中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：美國(guó)能源部西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(PNNL)的研究人員重新利用了水處理設(shè)施中常用的一種化學(xué)物質(zhì)，創(chuàng)造了一種新的大規(guī)模儲(chǔ)能解決方案。這種創(chuàng)新的電池設(shè)計(jì)利用了地球上豐富的材料，提供了一種安全、經(jīng)濟(jì)的水基液流電池，可以顯著提高風(fēng)能和太陽(yáng)能等間歇性能源與國(guó)家電網(wǎng)的整合。
發(fā)表在《Nature Communications》上的這項(xiàng)研究報(bào)告稱，鐵基電池表現(xiàn)出了卓越的循環(huán)穩(wěn)定性，在1000次連續(xù)充電循環(huán)中保持了98.7%的最大容量。這一性能標(biāo)志著比之前的鐵基電池有了實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，之前的鐵基電池在更少的循環(huán)中表現(xiàn)出明顯更高的充電容量退化。
自20世紀(jì)80年代以來(lái)，鐵基液流電池一直在使用，并已商品化。然而，這種新型電池以一種獨(dú)特的液體化學(xué)配方儲(chǔ)存能量，該配方將帶電的鐵與中性ph值的磷酸基液體電解質(zhì)結(jié)合在一起，這種電解質(zhì)被稱為含氮三膦酸鹽(硝基三甲基膦酸或NTMPA)，這種化學(xué)物質(zhì)通常用于抑制水處理廠的腐蝕，在商業(yè)上可以大量使用。
“我們正在尋找一種電解質(zhì)，它可以在室溫和中性pH值的溫和操作條件下將帶電鐵結(jié)合并儲(chǔ)存在液體復(fù)合物中，”資深作者李老師說(shuō)?！拔覀冇袆?dòng)力開(kāi)發(fā)地球上資源豐富、可以在國(guó)內(nèi)采購(gòu)的電池材料?！?
液流電池可以作為電網(wǎng)的備用發(fā)電機(jī)，對(duì)于包括可再生能源儲(chǔ)存在內(nèi)的脫碳戰(zhàn)略至關(guān)重要。它們可以按不同的規(guī)模建造，從實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)模型到城市街區(qū)大小，使它們適用于不同的應(yīng)用。
電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商正越來(lái)越多地尋求在靠近消費(fèi)者的城市或郊區(qū)安裝電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(BESS)，在這些地方，安全是一個(gè)重大問(wèn)題。PNNL開(kāi)發(fā)的液流電池可以幫助解決這些問(wèn)題，因?yàn)樗梢栽谥行詐H的水中運(yùn)行。
“使用類似于我們?cè)谶@里開(kāi)發(fā)的化學(xué)物質(zhì)的BESS設(shè)備將具有在中性pH值的水中運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)，”合著者Aaron Hollas說(shuō)?！按送猓覀兊南到y(tǒng)使用了市售的試劑，這些試劑以前沒(méi)有被研究過(guò)用于液流電池?！?
PNNL電池的初始設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)9瓦時(shí)每升(Wh/L)的能量密度。雖然這比商業(yè)化釩基系統(tǒng)的25 Wh/L能量密度要小，但新設(shè)計(jì)使用的地球豐富材料允許可擴(kuò)展的建筑來(lái)匹配能量輸出需求。
李說(shuō):“我們的下一步是通過(guò)關(guān)注電壓輸出和電解質(zhì)濃度等方面來(lái)提高電池性能，這將有助于提高能量密度。”“我們的電壓輸出低于典型的釩液流電池輸出。我們正在努力改善這一點(diǎn)?！?
PNNL的研究人員計(jì)劃在2024年在PNNL開(kāi)放的電網(wǎng)存儲(chǔ)發(fā)射臺(tái)(GSL)上擴(kuò)展這種技術(shù)和其他新電池技術(shù)。
這項(xiàng)技術(shù)對(duì)可再生能源部門的潛在影響是深遠(yuǎn)的。通過(guò)提供可靠高效的能源儲(chǔ)存手段，鐵基流電池可以在穩(wěn)定電網(wǎng)、促進(jìn)更廣泛地采用可再生能源以及最終促進(jìn)全球減緩氣候變化的努力方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。
