美國研發長壽有機液流電池,材料年衰退率低於 3%

作者 | 發布日期 2018 年 07 月 30 日 8:45 | 分類 能源科技 , 電力儲存 , 電池 follow us in feedly

液流電池可以儲存大量電力,有望在綠能儲能技術派上用場,而近日美國哈佛大學團隊更成功改良有機化合物醌(quinones),打造出更高效與長壽的有機液流電池,縮短該設備與商業化門檻的距離。



太陽能與風能為當今備受歡迎的綠能設備,但這些技術皆為變動型能源,若不想要電力供過於求或是供電不穩,得找出有效且可大規模儲存電力的方式。其中鋰離子電池雖然為儲能技術龍頭,不過大範圍建置鋰離子電池儲能電廠將所費不貲,廠商也需要定期更換電池。

液流電池或許會成為再生能源儲能明日之星。該系統運作模式是將電子儲存在外部兩側的液態電解質槽,充放電時電解質會被幫補到中間的發電室,而發電室也會以薄膜隔開兩種溶液、形成兩個電極,最後產生離子交換來發電。

該電池可以透過改變電解質與薄膜尺寸來調整電池容量與電輸出,且由於電池兩側電解質是分開存放,相互滲漏與自身放電的機率都很低,因此安全性高、能量也可以長久儲存,非常適合製作成大型儲能系統,只不過該設備目前的能量密度不高,還需要進一步突破才能抵達商業化階段。

以往的液流電池也都是由溶於酸的釩和溴電解質組成,這些化學品不僅成本高昂,也具有腐蝕性,因此不少科學家將目光從釩轉向有機化合物醌類。該分子在自然界分布相當廣泛,常見於光合作用與細胞呼吸中,可為動植物儲存能量。

哈佛大學則致力於研發有機液流電池,2014 年以來已嘗試 1 萬種醌類,並測驗過多種材料,像是用亞鐵氰化物取代溴、將酸性電解質轉換為鹼性混合物、用改良維生素 B2 當作醌,2017 年更是調配出中性電解質配方,只是這些研究付出仍無法讓有機液流電池跨越商業門檻。

不過目前似乎又有一線曙光,現在哈佛大學團隊已改造一種醌類,成功製造出壽命與效能兼具的有機液流電池設備。為表達材料的穩定性與長壽特質,研究員還以《聖經》中壽命最長的人來為材料命名、稱之為「瑪士撒拉(Methuselah)分子」。

哈佛材料科學教授 Michael Aziz 表示,以前團隊也有製造出長壽的液流電池,但是那些化學物質可承受電壓較低,導致分子無法儲存過多能量。而現在已找出穩定性高、輸入電壓也可超過 1 伏特的材料,有望成為符合商業化與技術標準的設備。

該材料的穩定性相當高,研究測試指出,瑪士撒拉分子每日衰退率(fade rate)低於 0.01%,充放電循環衰退率也不到 0.001%,這些數據代表著分子的年衰退率有望低於 3%,在這期間有機液流電池可以充放電好幾萬次。

且瑪士撒拉分子也具有可溶性、容易溶解在弱鹼性電解質中,如此一來不僅可以提高電池能量密度,薄膜與電解槽也不需要優異的耐腐蝕特性,能降低材料的總成本。美國能源部儲能研究主任 Imre Gyuk 則表示,這項研究讓液流電池朝低成本與長壽邁進,而目前我們也相當需要這類型的設備,這樣才可以吸收大量的間歇型綠能電力。

研究已表在《Joule》。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:哈佛大學