锂电池式微？8月前沿电池技术汇总

2014-09-02 00:01

　　电化学储能系统，如电池和燃料电池等，在储能技术上的应用前景十分广阔。它们可以快速高效地充放电。特别是在利用太阳能或风能时，可以在太阳照耀时储存电能，或风力强劲时储能，然后在多云或风淡的时候，在几分钟内把电供应出来。此外它们还十分灵活便捷，哪里需要，就可以把他们放置在哪里。

　　不过电化学储能系统面临的最大问题是成本问题，即便是最好的电化学储能装置要想拥有较大的容量，其成本也会令人难以接受。举例来说，一卡车大小的锂电池可以提供大量的能量，但是成本实在太高了。因此发展可再生能源与其说是技术问题，倒不如说是缺少具有成本效益的储能技术手段。

　　隔离膜：氢溴储能系统的最大难题

　　在研究和探索大规模电化学储能装置的过程中，人们开始把注意力集中在氢溴储能系统。这两种反应物有一些独特的品性，引人关注。和锂相比，溴价格便宜，容易获得，且储量丰富。其原子序数为35，是一种卤素，最外层上有7个电子，容易形成8电子稳定结构，所以是活泼的非金属单质，而氢恰恰可以提供一个电子。因此在氢和溴之间可极其迅速地发生化学反应，其速度比氢氧反应要快，其电流也较大，而目前的高容量电化学储能装置大多依靠氢氧化学反应。

　　但当氢和溴发生自发反应时,由于反应过于迅速，其能量大多会以热能的形式白白浪费掉。为了解决这一难题，电化学储能系统的设计师们通常利用价格不菲的隔离膜将其分开。有膜氢溴储能系统又存在另外一个问题，就是随着时间的推移，当电化学储能设备内部产生氢溴酸后，会损坏隔离膜。因此，30年来氢溴液流电池的研究进展十分缓慢。

　　其实答案十分明显，如果要想有效地开发利用氢溴电化学储能系统，最重要的是要想办法摆脱掉隔离膜。有这样想法的人很多，不仅是现在的科学家想到了，过去也有人想到过这样的方法。在过去的10年中，有许多科学家已经开发出了无膜氢溴电化学储能系统。这些系统主要利用流体力学的层流技术，使反应物发生分离。在正确的条件下，两种液体流并行流动，两者之间很少或几乎不发生混合。不过这样的无膜电化学储能系统的电功率从来没有超过有膜系统，因此无膜电化学储能系统一般作为一种学术兴趣来开展研究，在商业上不存在可行性。

　　无膜氢溴储能系统的大胆创新

　　麻省理工学院机械工程系的研究人员产生了一个大胆又新颖的想法，就是能否综合无膜储能系统和氢溴化学性质的各自优势，把两个有局限的系统放在一起，获得比任何一个单独系统要好的结果。这一方法有望摆脱隔离膜阻碍燃料电池发展的弊端，同时还可以取代传统的无膜氧基电池表现不佳的缺点。

　　氢溴反应有一个最大的特点就是其反应的可逆性。通常无膜燃料电池进去的反应物和出来的产品是不同的，因此这些系统通常是“直流”燃料电池，需要不断输入新鲜的反应物。氢溴化学反应的产品是电解质。电解液输回电池，从外部充电，可形成溴和氢分子，从而达到充电的效果。这样就可以形成一个“闭环”模式，使无膜充电电池成为可能。