石墨烯碳電極或將是實現液流電池低成本可再生能源存儲的關鍵

分類：新聞資訊
作者：
來源：
發布時間：2024-08-23
訪問量：

可再生能源未來的關鍵在于能夠安全且廉價地儲存大量能源。盡管特斯拉等公司已經使用鋰離子電池建立了公用事業規模的能源儲存系統，但最具成本效益的方法仍被認為是液流電池。

儲存能量

鋰離子電池由負極（陽極）、正極（陰極）和允許鋰離子運動的電解質組成，所有這些都放在一個外殼或容器內。液流電池則不同。它將反應性電解質液體儲存在單獨的容器中，并將它們泵入反應器罐中，反應器罐內有一堆惰性電極，這些惰性電極從電解質溶液中剝離電子以產生電力。

通常，離子交換膜將反應器中的兩種電解質溶液彼此分開。液流電池儲能的能力僅與容納反應性液體的容器的大小有關。這意味著，由于能量儲存在電解質中，因此儲能容量與功率水平無關。

液流電池運動學

用于兩種電解液的材料必須形成還原-氧化 (氧化還原) 對，其中還原是電子的獲得，氧化是電子的損失。市售的液流電池由鋅和溴或金屬釩的各種氧化和還原狀態的組合制成。這兩種液流電池都很昂貴。

溴是一種劇毒物質，鋅溴液流電池電解質的腐蝕性要求能夠處理腐蝕性環境的組件。釩本身是一種昂貴的材料，含釩液流電池的成本中僅釩材料就高達 43%。

如何更便宜

為了尋找一種更低成本的選擇，研究人員開始研究混合液流電池。在混合液流電池中，電解質含有一種或多種溶解的電活性元素，并流過反應器電池，化學能在那里轉化為電能。電解質儲存在與正極和負極相對應的單獨罐中。由于沒有離子插入電極，它們保持完整，不易受到應力和開裂的影響。此外，流動的液體電解質有助于冷卻電極并防止過熱。

電極通常由金屬氫化物作為陽極，碳石墨材料作為陰極，它們對混合液流電池的性能和耐用性有重大影響。這就是為什么英國華威大學 (WMG) 最近的一份報告引起了人們的興趣。

WMG 的研究人員已經找到了一種方法，通過結合使用簡單而有效的納米碳添加劑（氮摻雜石墨烯）電泳沉積 (EPD) 處理的碳基電極和經濟實惠的電解質來提高混合液流電池的性能和耐用性，同時顯著降低成本。

三個混合系統

研究人員使用無粘合劑電泳技術 (EPD)，利用氮摻雜石墨烯制成的電極（暴露于氮等離子體）增強了三種混合流動池。研究中檢查的三種混合流動池是：氫/釩 (RHVFC)、氫/錳 (RHMnFC) 和多硫化物/空氣 (S-Air)。

在這三種系統中，納米碳添加劑和碳紙電極與電泳沉積的氮摻雜石墨烯 (NG) 和碳電極的結合使用都帶來了好處。氫/釩系統的效率提高了 70% 以上，而氫/錳系統的能源效率提高了 30%。與裸碳紙電極相比，S-Air 電池的動力學提高了 3 倍。

華威大學 WMG 研究員兼該項目研究人員之一 Barun Chakrabarti 表示：“這種 EPD 技術不僅簡單，而且還提高了三種不同經濟型混合液流電池的效率，從而增加了它們在電網規模儲能方面廣泛商業應用的潛力。”

不僅在高酸性或堿性環境中的性能和耐用性得到了改善，而且據 WMG 稱，混合液流電池的總化學成本約為競爭電池（如鋰離子系統）成本的 1/30。當該技術規模擴大后，MWG 預計，大規模儲存風能或太陽能電力（持續數天）的成本約為每千瓦時 20-25 美元，而同等鋰離子電池系統的成本為 100-175 美元。

來源：Battery Technology（作者：凱文·克萊門斯）

https://www.batterytechonline.com/batteries/flow-vs-lithium-ion-batteries-for-energy-storage

信息來源：艾邦液流電池網

上一個: 3D 多孔石墨烯在鋰離子電池負極材料中的研究

下一個: 石墨烯加熱墊在汽車座椅中的應用

上一個: 3D 多孔石墨烯在鋰離子電池負極材料中的研究

下一個: 石墨烯加熱墊在汽車座椅中的應用