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功率技術/新能源  

新開發電池靠採集低溫餘熱充電

上網時間: 2014年12月09日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:氨電池  餘熱  電能  熱再生電池  碳中性 

美國賓州州立大學(Penn State)的工程師聲稱開發出一種能夠利用可回收氨電池採集低溫餘熱充電的有效方法。

「這種利用餘熱產生電能的方法,能夠在不增加任何石化燃料消耗的情況下產生電力,」賓州大學環境工程學教授Bruce E. Logan表示,「熱回收電池採用碳中性的方式來儲存餘熱並轉換成電能,而且具有比固態元件更低成本的潛力。」

低溫餘熱是許多能源產生方法的產物。研究人員們希望能想善加利用這些餘熱,使其得以產生更多的電能。其他研究人員們已經嘗試過多種方法了,但大多數都只能產生少許電能而無法有效利用,或者是無法提供連續的資源。

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Logan教授其及研究團隊們則改用熱回收氨電池(thermally regenerated ammonia-based battery)來採集餘熱,並回收這些低溫餘熱來產生電能。這種熱再生氨電池是由銅電極所組成,而且僅在陽極電解液中添加氨。

「這種電池可持續運作,直到電池反應在陽極附近電解液耗盡實現複合物所需的氨,或者耗盡陰極附近電解液中的銅離子後停止化學反應,」賓州大學環境工程系博士後研究生Fang Zhang解釋。

這種電池如果無法再產生化學反應以便持續供應電能,那麼就完全無效了。而今,利用外在的低溫餘熱,研究人員們從電池陽極電解液殘留中提煉出氨,然後再重新充電至該電池的原有陰極室。

添加氨的腔室現在成為了陽極室,而銅離子則被重新沉積在其他腔室中的電極上——新的陰極,即原來的陽極。研究人員們在陽極室與陰極室之間反覆切換氨,從而保持了電極上的銅離子量。

「我們提出了一個十分高效、低成本且可擴展的熱回收氨電池,它可以從銅氨化合物中產生電流,」研究人員們在《能源與環境科學》(Energy and Environmental Science)發表這項研究的報告中指出。在電池中的氨液流體可將熱能轉換成電能,「而如果需要的話,這種氨電池還可以進行放電,讓所儲存的化學能量能夠高效地轉換成為電能。」

以往的研究方法存在的問題之一是:相對於所用的水量而言,所產生的能量太少。例如利用鹽以及少量鹽水產生電能的系統。而這種新式的熱回收氨電池系統則可將電池中約29%的化學能量轉換成電能,而且在經過未來的最佳化後還可能再進一步改善。

研究人員們目前已能產生每平方公尺約60W的功率密度,這比其他以液體為主的熱-電能量轉換系統所產生的功率密度更高6至10倍。研究人員指出,目前熱回收氨電池尚未經過最佳化,因此,未來在經過進一步改善調整後,可望產生更多的電能,以及降低使用電池的成本。

研究人員已能透過增加電池的數量來提高功率密度池數量,因此,這種方法還可望擴展到一些可能更具吸引力的商業應用。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Reversible ammonia batteries harvest low-grade waste heat,by Paul Buckley)





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