新型液流電池負極溶劑採用液態金屬,能量密度提高 10 倍

作者 | 發布日期 2018 年 07 月 23 日 18:15 | 分類 材料、設備 , 零組件 , 電力儲存 follow us in feedly

史丹佛大學團隊開發新型液流電池,負極電解液採用於室溫下保持液態的鈉鉀金屬混合物,讓能量密度較其他種類的負極流體還提高 10 倍,最大電壓增加 1 倍以上。



和傳統電池不同,液流電池不是將電子儲存在電池結構內,而是儲存在外部兩側儲存槽的液體化學溶劑內,當需要充電或放電時,溶劑再被幫浦抽送到中間的電解池(發電室),池內有一層薄膜隔開兩種溶劑,透過金屬離子的氧化價數交換來達成能量轉換目的。

而液流電池能量密度取決於兩側溶劑槽的大小,功率密度取決於電解池大小及幫浦加壓能力,能依據使用需求調整功率與能量密度,加上安全、環保、低成本、接近無限長的使用壽命優勢,與太陽能、風能、地熱能等間歇性再生能源非常合拍,被視為極具開發潛力的新型儲能系統,能緩衝、調節再生能源併入電網時的電力。

▲ 典型液流電池運作示意圖。(Source:By Nick B. [CC BY-SA 3.0 ], from Wikimedia Commons

不過到目前為止,液流電池的發展還受限於三大障礙:化學溶劑種類其能量密度還不夠高、一些化學溶劑需要極端高溫才能反應、或是需使用昂貴且高毒性的溶劑。

史丹佛大學材料科學與工程助理教授 William Chueh 團隊因此決定嘗試鈉和鉀。兩種金屬在室溫下混合形成液態金屬,當作液流電池的負極電解液,理論上,這種液態金屬的能量密度至少是其他液流池溶劑候選者的 10 倍;正極材料團隊則嘗試了 4 種不同的水性溶劑。

第二種新技術則是電解池中的隔膜,團隊以鉀和氧化鋁製成陶瓷膜,確保正負極溶劑既能保持分離,又能讓電流穩定流通。

雖然初步實驗結果喜憂參半,喜的是新組合提高了電壓達 1 倍,代表整體能量密度更高、生產成本更低,而團隊的原型電池穩定運作了數千小時;憂的是隔膜很容易就被正極水性溶劑降解,團隊認為採用非水性溶劑可能會更恰當,下一步研究人員將準備尋找更合適的非水性溶劑,並調整隔膜厚度以提高功率輸出。

論文發表在《Joule》期刊。

(首圖來源:史丹佛大學

延伸閱讀: