儘管以風能和太陽能為代表的 '可再生能源' 備受推崇, 但是它們的穩定性卻一直是個難題. 比如風總是一陣一陣的來, 一天之中的太陽光也並不總是那麼充足. 為了克服這個時斷時續的問題, 人們想到了儲能和逆放電系統. 目前普遍採用的是基於鋰離子電池的方案, 但它的缺點也很明顯 —— 成本高昂. 好消息是, 麻省理工學院的研究人員們, 已經開發出了一款可以 '呼吸空氣' , 長期貯存能量的液流電池; 且在同等能量密度下, 其造價只有鋰離子電池的 1/5 .
這款可充電液流電池的特點, 是採用了液體的 '陰極電解液' 和 '陽極液' 作為電池的兩極, 通過離子的來回運動來儲存或釋放能量.
本例中, MIT研究人員選擇了溶解在水中的硫作為陽極液, 以及尋找到了一種同樣豐富的物質 (含氧液體鹽溶液) 為陰極電解液. 論文合著者 Yet-Ming Chiang 表示:
在使用硫作為負極的同時, 我們想要找到一種成本足夠低廉的陽極材料. 通過一次偶然的實驗, 我們發現氧氣 (甚至空氣) 都非常合適, 即便這需要添加 '在硫和空氣電極間來回移動電荷載體' 的另一組件.
該空氣液流電池的特點是, 當電池放電的時候, 會吸入來自外界的空氣; 而在充電的時候, 它又可以排出空氣:
在吸入過程中, 電池會在陰極電解液中產生帶負電荷的氫氧根離子;
呼出氧氣的時候, 陽極液裡則會產生帶正電荷的氫離子.
Chiang 表示, 其原理和人類的呼吸作用很像, 通過在系統中獲取氧氣來平衡電荷.
研究團隊成員 (由左至右) : Fikile Brushett, Kai Xiang, Liang Su, Zheng Li, Stephanie Eiler, Andres Badel, SamPan, Yet-Ming Chiang .
實際上, '鋰-空' 電池也運用了相同的機制, 但硫, 水, 鹽材料的成本明顯低很多. 對於大規模儲能的電網系統來說, 成本的削減, 才是讓可再生能源普及和長期運行的關鍵.
研究人員稱, 在同等能量密度下, 他們開發的這種液流電池, 造價僅為鋰離子電池的 1/5 . 若將該電池的升級版本投入商用, 預計每千瓦時的儲能成本可控制在 20~30 美元之間.
相比之下, 其它儲能系統的每千瓦時儲能成本, 可能高達 100 美元. 需要指出的是, 當前階段的液流空氣電池的原型只有咖啡杯大小, 但他們有信心可將這種設計用於更大規模的系統中.
下一步, 研究團隊計划進一步提升該空氣液流電池的效率, 性價比, 以及工作壽命 (當前僅為 1500 小時) . 有關這項研究的詳情, 已經發表在近日出版的《焦耳》 (Joule) 期刊上.
