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「液流電池」啟動能源儲存革命

上網時間: 2011年09月14日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:內燃機  燃料電池  液流電池  SSFC  劍橋原油 

此外,由於液流電池可以將電池容量(儲罐大小)與功率輸出(反應堆大小)分開,因此液流電池幾乎可以針對所有的應用進行調整,故適用於從行動設備的僅數微米元件,到公共發電站尺寸達數十公尺的設備。

能源部資助的專案已經生產出基於各種水化學的液流電池,如釩電池和鋅鹵系統。然而,據24M公司表示,所有這些工作都受制於能量密度,因此而無法滿足電動汽車的要求。該公司稱,他們已經開發出了首款‘半固體’液流電池設計,這種設計使用包含鋰離子電池中使用的鈷酸鋰粉末等固體活性物質的懸液以及懸浮在烷基碳酸鹽電解質中的奈米級導電碳,使電極能夠儲存相當於水化學能量10倍的能量。奈米級碳粒子在液體中自然地形成導電網路,因而為電子提供到達電池集電極的直接通路。

24M公司還聲稱,透過使用能量密度高於水化學的流體,該公司可以生產出一種針對電網儲能應用、成本競爭力更高的液流電池系統。

由於液體的高黏性及其在某些方面與燃料電池的相似性,因此劍橋原油採納了半固體液流電池(SSFC)作為其官方名稱。半固體液流電池的目標,是整合充電電池的高能量密度、燃料電池的可擴展性,和液流電池的長使用壽命。儘管24M公司隱瞞了其製程的諸多細節,以避免在商業化之前洩密給其競爭對手,不過半固體液流電池的基本原理卻是公開的:將液體的電荷轉換化合物儲存在包含固態儲存化合物的懸液中,然後充分稀釋,以便過濾出奈米陽極和陰極網路。

與傳統電池相較,半固體液流電池的其中一個劣勢是,它們依靠由機械泵、感測器和控制裝置組成的複雜系統,將劍橋原油從‘油箱’移到用來儲存用過的燃料的第二層安全殼。

此外,液流電池的能量密度一般都比高性能鋰離子電池組的能量密度低得多,到目前為止即使是24M公司最先進的原型產品也不例外。這家新創公司也承認,自然形成的碳奈米粒子網路的導電性還需要提高上百倍,這種技術才有普及的條件。

不過24M公司稱,他們正在規劃開創性的新技術,這些技術將在接下來的五年內解決劍橋原油的所有缺陷。

該公司表示,半固體液流電池的諸多優勢值得24M公司的投資者為此一搏,並聲稱他們已經採用一種可以實現傳統電池能量密度兩倍、同類競爭液流電池設計能量密度10倍的能量密度的技術,解決了長使用壽命問題,該問題曾經讓通用汽車公司投資十億美元,旨在開發汽車燃料電池的計劃泡湯。

例如,半固體液流電池將發電和儲能元件分開了,這就使得每個元件都可以針對具體的應用分別進行擴展。此外,由於半固體液流電池不依賴於會老化的固態相變材料,因此其使用週期將比目前的各種競爭技術要長。

此外,半固體液流電池所採用的架構不需要細分成多個電池,而傳統電池則必須分成多個1.5V的電池。

據稱,半固體液流電池可以保持傳統電池、燃料電池和其它液流電池設計優勢。半固體液流電池像鋰離子電池一樣具有快速回應時間,像燃料電池一樣不會將有害物質排放到環境中,像其它液流電池設計一樣可以針對從行動裝置到發電設備等各種應用調整大小。

24M公司計劃與A123公司合作,針對這些應用推出適合各種應用的高階商用化半固體液流電池設計。


圖1:德國弗勞恩霍夫化學技術研究所(Fraunhofer Institute for Chemical Technology)正在開發針對電動汽車的液流電池。資料來源:弗勞恩霍夫化學技術研究所


圖2:開發劍橋原油的研究組成員包括(從左到右)博士候選人Mihai Duduta、Craig Carter教授、博士候選人Bryan Ho和Yet-Ming Chiang教授。

資料來源:麻省理工學院


圖3:EcoVoltz公司(加利福尼亞州聖約瑟市)正開發目標市場為風電場等大型發電設備的液流電池。資料來源:EcoVoltz公司


圖4:劍橋原油是一種流過反應堆的電解液,其中,銅電極(頂部)和鋁電極(底部)擷取電子,為電動馬達或任何其它形式的直流負載供電。反應堆在電子穿過其中心時擷取這些電子。液體中的奈米碳粒子完成銅集電極和鋁集電極之間的電路。


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