尽管以风能和太阳能为代表的 '可再生能源' 备受推崇, 但是它们的稳定性却一直是个难题. 比如风总是一阵一阵的来, 一天之中的太阳光也并不总是那么充足. 为了克服这个时断时续的问题, 人们想到了储能和逆放电系统. 目前普遍采用的是基于锂离子电池的方案, 但它的缺点也很明显 —— 成本高昂. 好消息是, 麻省理工学院的研究人员们, 已经开发出了一款可以 '呼吸空气' , 长期贮存能量的液流电池; 且在同等能量密度下, 其造价只有锂离子电池的 1/5 .
这款可充电液流电池的特点, 是采用了液体的 '阴极电解液' 和 '阳极液' 作为电池的两极, 通过离子的来回运动来储存或释放能量.
本例中, MIT研究人员选择了溶解在水中的硫作为阳极液, 以及寻找到了一种同样丰富的物质 (含氧液体盐溶液) 为阴极电解液. 论文合著者 Yet-Ming Chiang 表示:
在使用硫作为负极的同时, 我们想要找到一种成本足够低廉的阳极材料. 通过一次偶然的实验, 我们发现氧气 (甚至空气) 都非常合适, 即便这需要添加 '在硫和空气电极间来回移动电荷载体' 的另一组件.
该空气液流电池的特点是, 当电池放电的时候, 会吸入来自外界的空气; 而在充电的时候, 它又可以排出空气:
在吸入过程中, 电池会在阴极电解液中产生带负电荷的氢氧根离子;
呼出氧气的时候, 阳极液里则会产生带正电荷的氢离子.
Chiang 表示, 其原理和人类的呼吸作用很像, 通过在系统中获取氧气来平衡电荷.
研究团队成员 (由左至右) : Fikile Brushett, Kai Xiang, Liang Su, Zheng Li, Stephanie Eiler, Andres Badel, SamPan, Yet-Ming Chiang .
实际上, '锂-空' 电池也运用了相同的机制, 但硫, 水, 盐材料的成本明显低很多. 对于大规模储能的电网系统来说, 成本的削减, 才是让可再生能源普及和长期运行的关键.
研究人员称, 在同等能量密度下, 他们开发的这种液流电池, 造价仅为锂离子电池的 1/5 . 若将该电池的升级版本投入商用, 预计每千瓦时的储能成本可控制在 20~30 美元之间.
相比之下, 其它储能系统的每千瓦时储能成本, 可能高达 100 美元. 需要指出的是, 当前阶段的液流空气电池的原型只有咖啡杯大小, 但他们有信心可将这种设计用于更大规模的系统中.
下一步, 研究团队计划进一步提升该空气液流电池的效率, 性价比, 以及工作寿命 (当前仅为 1500 小时) . 有关这项研究的详情, 已经发表在近日出版的《焦耳》 (Joule) 期刊上.
