俄化学家创造未来新型液流电池

俄罗斯化学家提出了一种新型氧化还原液流电池设计,他们计划将其用于智能电网节点中长期存储大量能量。该研究成果在ChemPlusChem中描述了开发过程。

俄化学家创造未来新型液流电池
所开发电池的膜电极单元的示意图

液流电池被称为未来电池。在这种原电池中,电能以电解质溶液的化学能形式存储。

中国计划在2020年启动全球最大的电池综合设施,容量为800兆瓦时。一栋拥有200套公寓的房屋每年大约消耗那么多能量。

这些电池的主要元件是两个用于存储电解质的容器,以及一个膜电极单元(MEA)-溶液通过泵提供给它,然后在那里进行电化学反应,从而对电池进行充电和放电。

由于这种设计,与其他能量存储设备不同,氧化还原电池允许独立改变功率和容量。此外,它们在长时间待机模式下几乎不会放电,即使经过数万次的运行循环,它们的电解质也不会降解。

因此,这些存储设备被认为对于在分布式电网的节点中存储大量电力非常有前途。例如,它们可以存储太阳能电池板在白天时产生的多余电量,以便在夜间或阴天时释放能量。

来自门捷列夫RCTU、IPCF RAS、IPHE RAS和莫斯科国立大学罗蒙诺索夫的俄罗斯科学家提出了一种更简单、更便宜,更高效的新型液流电池设计。

一位研究人员表示:一方面,液流电池已经在中国,德国和其他国家的电网中得到了积极应用,另一方面,它们仍在实验室中继续开发和完善。该研究提出了全新电池设计方案,这将有助于研究人员的工作,并大大降低新科研团体进入该领域的门槛。未来这将有可能取得重大进展。

新电池设计的重要部分是流场板,即,电解质到达电极的夹层,在其中电解质被氧化或还原。电池的特性在很大程度上取决于流场的组织方式:功率和效率。因此,研究人员经常选择不同类型的磁场来优化电池性能,但这是一个非常耗时的任务:流场是在固体石墨板上铣制的,这需要很长时间。俄罗斯研究人员提出了另一种方法。

该研究借助几层薄薄的碳材料形成流场:通过激光切割出必要的图案,然后将这些层相互叠加以获得所需的场。因此,创建流场的过程需要几分钟的时间,而且使用了更便宜的材料,因此,研究人员对流场的变化和选择空间更大。

液流电池可以用不同的电解质运行。最常见的是钒电解质。俄罗斯科学家已经在这些电解质上测试了他们的电池设计。他们测试了不同类型的流场,以及改变了电解液的供应速度,得到的结果是在质量上并不逊色于世界上最好的同类产品,在某些参数上,例如功率,甚至超过了它们。

现在,科学家正在根据提出的想法开发钒液流电池的工业原型。

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