南加州大学研发出更好的氧化还原液流电池

2020-04-10 16:11

南加州大学的科学家们开发了一种新的电池，可以解决限制可再生能源广泛使用的电力存储问题。

这项技术是对已知设计的一种改进，该设计将电能储存在溶液中，对电子进行分类并在需要时释放电能。氧化还原液流电池已经存在有一段时间了，但是南加州大学的研究人员已经基于低成本和现成的材料制造了一个更好的版本。

该研究的主要作者南加州大学洛克碳氢化合物研究所的联合主任、化学教授斯里·纳拉扬说：“我们已经开发了一种廉价、长寿命、安全和环保的液流电池，可以大规模地储存太阳能和风能系统的能量。”

这项研究近日发表在《电化学学会杂志》上。

能量存储是可再生能源的一大障碍，因为当风力发电和太阳能电池发电是，并不一定刚好存在相一致的电力需求。寻找可行的存储解决方案面临许多挑战，这是USC科学家试图解决的问题。他们着眼于氧化还原液流电池，因为其已在部分场合中得到了应用。它使用流体来存储电化学能，通过还原和氧化对电子进行分类和重组，并在需要时释放它们以发电。

图片来源：南加州大学

南加州大学的科学家取得的关键创新在于他们使用不同的液体：一种硫酸铁溶液和一种酸。硫酸铁是矿业的废弃物，价格低廉。蒽醌二磺酸（AQDS）是一种有机材料，由于其稳定性、溶解性和储能潜力，已在一些氧化还原流电池中得到应用。虽然这两种化合物是众所周知的，但这是第一次将它们组合在一起以证明其具有大规模储能的潜力。在南加州大学实验室进行的测试证明，该电池比竞争对手具有更大的优势。

首先，硫酸铁便宜而丰富，一角硬币约可购买2．2磅，而AQDS的大规模生产每磅仅花费约1．60美元。按照这些价格，南加州大学科学家开发的这种电池的材料成本为每千瓦时 66美元；如果大规模生产，电力成本将不到使用钒的氧化还原电池的一半，钒的价格更高且毒性更大。

其次，研究人员发现，与原有技术不同，铁AQDS电池可以循环或充电数百次，而几乎不会断电。能量存储系统的耐用性对于大规模使用很重要。

与锂离子电池相比，这项技术还具有存储优势。由锂离子电池供电的消费电子产品和电动汽车的普及，造成了这种元素的稀缺，从而推高了成本。该研究说，反过来，这些经济效益又使其他更便宜的能源储存选择更具吸引力。此外，锂离子电池的续航时间也不长，因为需要充电，大多数手机和笔记本电脑充电的人都知道这一点。

可再生能源的使用正在增长，但由于能源储存的限制而受到限制。目前仅存20％的太阳能和风能需要7000千兆瓦时的储备能力。10亿瓦每小时的电力足够70万户家庭使用一小时。

纳拉扬说：“到目前为止，还没有经济上可行的、环保的、可持续25年的能源储存解决方案。锂离子电池使用寿命短，而钒基电池使用昂贵、相对有毒的材料，限制了大规模使用。我们预计这些电池将用于住宅、商业和工业建筑，以获取可再生能源。”