美國能源部（DOE）SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室和斯坦福大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了一種低成本、長(zhǎng)壽命的電池，這種電池可以使太陽能和風(fēng)能成為電網(wǎng)的主要供應(yīng)商。
斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程系副教授、斯坦福大學(xué)材料和能源科學(xué)院的成員崔毅表示：“風(fēng)能和太陽能發(fā)電要想實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，我們需要一種由經(jīng)濟(jì)的材料制成的電池，這種電池容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益，而效率依然很高。我們認(rèn)為我們的新電池可能是最好的，能夠更好的控制這些替代能源的自然波動(dòng)。”
研究小組報(bào)告的結(jié)果發(fā)表在《能源和環(huán)境科學(xué)》5月刊，這項(xiàng)研究的部分成果獲得了美國能源部能源存儲(chǔ)研究聯(lián)合中心的支持。
目前，電網(wǎng)無法承受太陽能和風(fēng)力寬振幅引起的電力大幅及突然波動(dòng)。由于太陽能和風(fēng)能提供給電網(wǎng)的總電量接近20％，所以必須有能源儲(chǔ)存系統(tǒng)來調(diào)節(jié)“間歇性”高峰和低谷--能量過剩時(shí)儲(chǔ)存起來，輸入不足時(shí)釋放所存儲(chǔ)的能源。
當(dāng)今，對(duì)于間歇電網(wǎng)儲(chǔ)存來說，最具前途電池是“流”電池，因?yàn)槠湓跀U(kuò)展貯槽、泵和管道方面相對(duì)簡(jiǎn)單，以滿足處理大容量能源的需要。崔毅研究小組開發(fā)的新型流電池設(shè)計(jì)較以往的電池有了很大簡(jiǎn)化，而且較為便宜，這為規(guī)模化生產(chǎn)提供了一種潛在可行的解決方案。
今天的流電池一般通過一個(gè)互通的室注入兩種不同的液體，溶解的分子在這里發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，存儲(chǔ)或釋放能量。這個(gè)室里有一種膜，只允許未參與反應(yīng)的離子在液體中通過，同時(shí)保持活性離子的物理分離。這種電池設(shè)計(jì)有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：液體成本高，這些液體中含有釩等稀有材料；它的膜也非常昂貴，而且需要經(jīng)常維護(hù)。
斯坦福大學(xué)/SLAC新的電池設(shè)計(jì)只使用一種分子流，根本不需要膜。它的分子中大多由相對(duì)便宜的鋰元素和硫元素構(gòu)成，這些分子與一塊帶有允許電子通過的柵欄相互作用，而不分解金屬。放電時(shí)，稱為鋰-聚硫化物（lithiumpolysulfide）的分子吸收鋰離子；充電時(shí)，這些分子就釋放鋰離子到液體中。整個(gè)分子流溶解在有機(jī)溶劑中，不存在水性流電池的腐蝕問題。
崔毅說：“在最初的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，新電池還表現(xiàn)出優(yōu)秀的儲(chǔ)能性能，超過2，000次充放電過程。如果按每天一次充放電的話，那么這相當(dāng)于5.5年多。”
為了展示他們的概念，研究人員創(chuàng)建了一個(gè)小型系統(tǒng)，使用簡(jiǎn)單的玻璃器皿。往燒瓶里添加鋰-聚硫化物立即產(chǎn)生電力，能夠點(diǎn)亮一個(gè)LED燈。
未來，崔毅的研究小組計(jì)劃制造一個(gè)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的系統(tǒng)以優(yōu)化能源存儲(chǔ)過程，確定潛在的工程問題，并與潛在的全面現(xiàn)場(chǎng)示范單位開始討論。
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