Li имеет атомный вес 3, и его сверхлегкий вес делает его очень подходящим в качестве носителя в химических батареях, что может значительно увеличить плотность энергии батареи. В настоящее время литий-ионная батарея имеет плотность энергии веса более 250 Втч / кг и Стремясь к цели 300 Вт / кг, многие производители батарей питания заявили, что удельная мощность их собственной батареи достигла более 300 Вт / кг.
Если мы кратко рассмотрим периодическую таблицу химических элементов, мы увидим, что над элементом Li-H имеется более легкий элемент. Элемент H является самым легким по своей природе и является наиболее распространенным элементом во Вселенной (не рассматривается H). В ядре элемента H. имеется только один протон. Электрон за пределами ядра вращается вокруг ядра. Когда атом H теряет электроны, он становится голой протоном с положительным зарядом, а его вес составляет только Li +. 1/7, можно сказать, что это почти идеальный носитель для химических батарей.
Однако применение ионно-ионных батарей имеет непреодолимое препятствие. Элемент H обычно находится в виде H2-газа, в отличие от элемента Li в виде твердого металла, что значительно увеличивает трудность хранения элементов H (если мы можем подготовить Металл водорода, я боюсь, что вся индустрия хранения энергии будет опрокинута, поэтому текущая общая химическая батарея с Н + в качестве носителя представляет собой в основном водородный топливный элемент, а элемент Н хранится снаружи батареи в виде Н2 или сплава с металлом для хранения водорода. При использовании Н2 входит в пористый анод внутри топливного элемента, теряет электроны до Н +, О2 в воздухе приобретает электроны на пористом катоде, а затем соединяется с Н + в электролите для генерации воды. Недавно Шахин из Австралийского Королевского Мельбурнского технологического института Heidari объединяет материалы для хранения водорода с топливными элементами для создания «протонной» батареи, которую можно заряжать. Пористые углеродные электроды, изготовленные из фенольной смолы и тефлона, могут составлять 1 мас.% H и реактивироваться во время разряда Выброс 0,8% H, показывающий высокую емкость хранения водорода и обратимость.
Протонная батарея представляет собой гибридную аккумуляторную батарею, которая сочетает в себе преимущества топливных элементов и аккумуляторных батарей. При зарядке H2O будет электролизироваться в H и O. H будет объединен с материалом для хранения водорода через мембрану перфторсульфоновой кислоты. Чтобы избежать образования H2, H, хранящегося в процессе разряда, потеряет электрон, чтобы генерировать H +, в раствор (как показано ниже). Батарея Протона была впервые предложена Эндрюсом и Сейфом Моханммади до Ni, Co. Сплавы La и He используются в качестве материалов для хранения водорода и требуют использования проточной воды для обеспечения достаточного источника H, поэтому его также называют батареей протонного потока.
Эффективность ранней ячейки протонового потока была очень низкой, и металл для хранения водорода мог хранить 0,6% Н по весу во время зарядки, но во время разряда можно было выпускать только 0,01% по массе. Это в основном связано с различием между Н и металлическими элементами. Сила химической связи слишком велика, что приводит к тому, что хранение H не может снова высвободиться. Кроме того, из-за присутствия Ni-каталитического катализа, приводящего к процессу зарядки, в дополнение к H будет храниться в сплаве, значительная часть H будет Внешний вид H2 приводит к слишком низкой кулоновской эффективности батареи. Кроме того, высокая цена сплава для хранения водорода также ограничивает его продвижение и применение. В 2002 году Jurewicz и др. Обнаружили, что активированный уголь обладает электрохимической емкостью для хранения водорода (до 1,8 мас.%). , Чтобы решить проблему проточного потока батареи, проблемы с хранением водорода создают новую идею (следующая таблица для некоторой емкости хранения водорода из углеродных материалов, емкости для хранения водорода).
Следуя приведенным выше соображениям, Шахин Хайдари улучшил конструкцию клеток протонов, предложенную Эндрюсом и Сейфом Моханммади, заменив сплав для хранения водорода пористым углеродным электродом и добавив сильный кислотный раствор в качестве протона в твердый электролит перфторсульфоновой кислоты. На рисунке ниже показан проводник, который значительно улучшает работу «протонной» батареи.
В батарее, разработанной Шахином Хайдари, использовались два типа отрицательных электродов для хранения водорода, в которых содержание ПТФЭ составляло 10 мас.% И 30 мас.% Соответственно. Кривая постоянного тока для 80% для обеих батарей показана на рисунке ниже: 30 мас.% ПТФЭ Начальное зарядное напряжение батареи составляет 0,95 В, и оно достигает 1,85 В после 1700 секунд. Начальное напряжение 10% батареи PTFE составляет 1,05 В, и оно достигает 1,85 В после 2000 секунд. Прежде чем напряжение достигнет 1,85 В, отрицательный электрод генерирует Н2. Явление не является очевидным, но скорость, с которой анод производит H2 после 1,85 В, значительно возрастает. В этот момент мы также можем видеть много небольших колебаний кривой напряжения. Это происходит главным образом из-за того, что на поверхности электрода начинают образовываться пузырьки Н2 (например, Когда пузырек H2 покрывает поверхность электрода, напряжение начинает расти. Когда пузырек H2 уходит, напряжение падает), а скорость образования H2 в конечном итоге достигает примерно вдвое больше, чем у O2, что указывает на то, что H в настоящее время не может полностью храниться в пористом электроде. Процесс также заканчивается здесь.
После полной зарядки батареи «proton» испытание на разряд было выполнено после 30 минут работы. Чтобы полностью высвободить H в пористом электроде, Shahin Heidari разработал два типа батарей с содержанием ПТФЭ 30 мас.% И 10 мас.%. Эксперименты показали, что электрод, содержащий 10% ПТФЭ, обладает наилучшими характеристиками, может хранить 1 мас.% Н во время зарядки и может выделяться во время разряда. 0,8 мас.%, Показал хорошую обратимость.
Из приведенного выше введения мы легко видим, что так называемая «протонная» батарея на самом деле является продуктом, который объединяет топливный элемент и материал для хранения водорода. Н, образующийся во время процесса зарядки, хранится в материале для хранения водорода. O2 поступает в воздух, а процесс разряда полностью соответствует режиму работы топливного элемента. Хотя это очень хорошая концепция конструкции, батарея «proton» по-прежнему далека от литий-ионной батареи с точки зрения производительности в современных технических условиях. Большие разрывы, такие как плотность энергии объема, протонная батарея составляет всего около 100 Вт / л, но текущая плотность энергии литиево-ионного аккумулятора до 600 Вт / л, в дополнение к «протонной» эффективности зарядки аккумулятора также очень сомневается в Xiaobian, Во время процесса зарядки будет генерироваться большое количество Н2, которые в конечном итоге покинут электрод и не будут храниться в электроде, что приведет к очень низкой кулоновской эффективности «протонной» батареи. В общем, «протонная» батарея Идея очень хороша, элемент H имеет широкий диапазон источников и низкие цены, однако из нынешнего уровня техники батарея «протонов» должна пройти долгий путь. Только эта проблема действительно решена. «Протон», Батареи могут только бросать вызов состоянию литий-ионных батарей.
