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科学家研发出用钾氧电池,相比锂电池更高效?

2019-5-17 10:15| 发布者: admin| 查看: 181| 评论: 0

摘要: 俄亥俄州立大学(Ohio State University)的研究人员声称已经开发出更高效、更可靠的钾氧电池,这可以为国家电网的储能和移动电话以及笔记本电脑中更长久的电池提供潜在的解决方案。在这一项研究中,俄亥俄州的研究人 ...

  俄亥俄州立大学(Ohio State University)的研究人员声称已经开发出更高效、更可靠的钾氧电池,这可以为国家电网的储能和移动电话以及笔记本电脑中更长久的电池提供潜在的解决方案。在这一项研究中,俄亥俄州的研究人员详细介绍了他们的研究结果重点是电池阴极的构造,它将化学反应产生的能量存储在金属,比如说氧气或其他金属嵌入至空气电池中。

该研究的合作者,俄亥俄州立大学机械和航空航天工程教授Vishnu-Baba Sundaresan介绍,“如果大家想为电网提供一个完全可再生的选择,就需要一种经济的能源存储设备,它可以存储多余的电力,并在大家没有准备好或没有工作的情况下将电力释放出来。像这样的技术是关键,因为它便宜,不使用任何外来材料,它可以在任何地方生产来促进当地经济。”

然而为了使可再生能源成为一个地区能源网的可靠能源,需要有一种方法来储存从阳光和风中收集的多余能源。世界各地的公司、科学家和政府都在研究存储解决方案,从锂离子电池(许多电动汽车的更大版本),到使用金属钒制成的大盒子大小的巨型电池。

钾氧电池(potassium-oxygen)自2013年发明以来一直是储能的潜在替代品。化学教授Yiying Wu领导的俄亥俄州立大学的一组研究人员表示,电池可以比锂氧电池更有效同时存储大约是现有锂离子电池的两倍。但钾氧电池尚未被广泛用于储能,因为到目前为止,他们还没有足够的时间进行充电以达到成本效益。

当研究小组试图制造出一种钾氧电池作为一种可行的存储解决方案时,他们遇到了一个障碍,电池每次充电都会降级但永远不会超过5或10个充电周期。之所以发生这种退化是因为氧气进入电池的阳极,导致阳极损坏并使电池本身无法再充电。

Sundaresan实验室的博士生Paul Gilmore开始在阴极中加入聚合物,看看它是否能够保护阳极不受氧气的伤害。事实证明他是对的,团队意识到聚合物的膨胀对其性能起着至关重要的作用。 Gilmore介绍称,“关键是找到一种方法将氧气带入电池但不会让氧气渗入阳极。”

据了解,这种设计有点像人肺,空气通过纤维碳层进入电池然后遇到第二层,这是第二层稍微多孔,最后在第三层结束,第三层几乎没有多孔。由导电聚合物制成的第三层允许钾离子穿过阴极,但限制分子氧进入阳极。该设计意味着电池可以充电至少125次,使钾氧电池的使用寿命超过以前使用低成本电解质的寿命的12倍。

Sundaresan介绍称,“这一发现表明这是可能的,但该团队的测试还没有证明电池可以制造到电网存储所需的规模。然而,它确实显示了其潜力。”

钾氧电池也可能存在于其他应用中的潜力。Gilmore补充介绍称,“氧气电池具有更高的能量密度,这意味着它们可以改善电动汽车的范围和便携式电子产品的电池寿命,例如,在钾氧电池可用于这些应用之前必须克服其他挑战。”这一发现提供了锂离子电池和其他依赖钴的替代品,这种材料被称为“电池的血钻”。采购这种材料令人不安,包括TESLA在内的大公司已经宣布计划完全将其从电池中取出。

Sundaresan称,“用于大规模应用的电池不使用钴是非常重要的,电池可以廉价制造也很重要。”锂氧电池是一种可能的能源存储解决方案,被广泛认为是最可行的选择之一,但它可能价格昂贵,而且许多电池依赖包括钴在内的稀缺资源。许多电动汽车使用的锂离子电池,按材料价格计算,每千瓦时的成本约为100美元(折合人民币约690元)。

研究人员估计称,这种钾氧电池每千瓦时的成本约为44美元(折合人民币约300元)。

via:NewelectronicsPConline编译作者:栗子


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