Недавно научная статья, опубликованная в Nature's Energy под названием «Природа», вызвала большую озабоченность в глобальном энергетическом сообществе. Новый исследовательский результат из Стэнфордского университета приносит новую надежду на крупномасштабное хранение энергии. Материал школы - это новый тип аккумуляторной батареи с водяным аккумулятором-марганцем (Mn-H), предложенный экспериментальной группой известного китайского профессора Цуй Ин, который может быть перезаряжен более 10 000 раз и может достичь более 10 лет стабильности. Его низкая стоимость и долгий срок службы. Ожидается, что потенциальные характеристики высокой плотности энергии приведут к огромным изменениям в области крупномасштабного хранения энергии.
По словам первого автора исследования, д-р Чен Вэй из Школы материаловедения и инженерии Стэнфордского университета представил, что изобретаемая водородная батарея марганца использует углерод с высокой площадью поверхности в качестве положительного коллектора тока и легкорастворимый сульфат марганца в качестве электролита. Водород, контролируемый катализатором, действует как отрицательный электрод. Батарея отличается от любой предыдущей ячейки воды с точки зрения конструкции, принципа заряда и разряда, метода испытаний и характеристик.
Результаты показывают, что водородные батареи марганца обладают очень хорошими электрохимическими характеристиками, такими как стабильное напряжение разряда 1,3 вольта, высокая скорость разрядного тока 100 мА / см2, стабильный цикл более 10000 циклов и плотность большой массы 139 Вт / кг и Объемная плотность энергии составляет 210 Вт / л. Кроме того, батарея легко расширяется для крупномасштабного хранения энергии.
Существующие крупномасштабные технологии хранения энергии (такие как хранение накопленной энергии, хранение энергии сжатого воздуха) и различные аккумуляторные батареи (такие как литий-ионные батареи, натриево-серные батареи, Потоковые батареи и т. Д. Имеют разные проблемы, и они не могут удовлетворить требованиям к крупномасштабному хранению энергии при низких затратах, безопасности, высокой плотности энергии и высокой стабильности. Цуй Вэй сказал: «Изобретение марганцевых водородных батарей будет иметь характер крупномасштабного хранения энергии. Это будет иметь важное значение и еще больше облегчит серьезные выбросы углерода и загрязнение воздуха, вызванное традиционными ископаемыми видами топлива.
В области крупномасштабного хранения энергии для достижения этой цели ученые разработали ряд эффективных аккумуляторных систем, включая литий-ионные батареи, свинцово-кислотные батареи, проточные батареи, натриево-серые батареи, жидкие металлические батареи и так далее. Однако эти батареи не имеют низкой плотности энергии, короткого срока службы, высокой стоимости, суровых условий работы и долгого пути для практического применения.
Основными ограничивающими факторами для нескольких батарейных систем являются: с точки зрения плотности энергии свинцово-кислотная батарея составляет всего 30-50 Втч / кг, а жидкая батарея также <50 Wh/l;在循环寿命上, 铅酸电池<500次, 钠硫电池<1500次;在封装成本上, 锂离子电池~250$/kWh, 铅酸电池~170$/kWh, 流体电池~450$/kWh;在工作温度上, 钠硫电池要求300-350 ℃, 液态金属电池要求>450oC.
Согласно действующей рекомендации Министерства энергетики США, батареи, которые могут использоваться для крупномасштабного хранения энергии, должны удовлетворять следующим условиям: энергия, которую можно заряжать и разряжать за один час, составляет не менее 20 киловатт, и может поддерживаться не менее 5 тысяч зарядов и разрядов, а срок службы Не менее 10 лет. С практической точки зрения цена батареи, которая удовлетворяет вышеуказанным условиям, не должна превышать 2000 долларов США, то есть цена на хранение энергии за киловатт-час должна быть меньше 100 долларов США.
Профессор Цуй Вэй предложил новую концепцию три года назад: марганец и водород использовали в качестве положительных и отрицательных электродов соответственно, а вода использовалась в качестве электролита. Теоретически, можно было бы реализовать крупномасштабное хранение энергии с точки зрения плотности энергии, срока службы и цены. Строгие требования. Под руководством профессора Цуй Вэй Чэнь Вэй, постдокторский исследователь китайской национальности в Стэнфордском университете, провел более трех лет исследований и экспериментальных испытаний. Чэнь Вэй сказал, что устройство водородной батареи и различные параметры После более чем тысячи повторений пробных и ошибок экспериментов они, наконец, получили оптимизированное устройство и условия тестирования, что привело к отличным характеристикам батареи. Эта недавно разработанная батарея все еще не проявляется после 10 000 циклов повторного заряда и разряда. Распад, время автономной работы достигло на порядок величины на основе существующих основных методов хранения энергии.
Новая прототипная марганцево-марганцево-водородная батарея размером 3 нанометра в настоящее время генерирует мощность около 20 милливатт-часов (мВт-ч), что примерно такое же, как уровень энергии светодиодной вспышки, висевшей на брелках. Тем не менее экспериментаторы считают, что это После того, как оригинальная технология будет усовершенствована, ожидается, что в ближайшем будущем ожидается индустриализация крупномасштабного хранения энергии.
Цуй Вэй сказал, что технология все еще находится на экспериментальной стадии, и ее исследовательская группа еще больше оптимизирует экспериментальный прототип. Эти оптимизации в основном сосредоточены на двух аспектах: во-первых, для увеличения плотности энергии батареи, а во-вторых, для снижения стоимости батареи. Например, в предыдущем Использование платины в качестве катализатора в эксперименте теперь рассматривает возможность поиска более дешевых альтернатив. После оптимизации исследовательская группа продолжит проводить соответствующие пилотные и крупномасштабные испытания. Профессор Цуй Вэй уже получил соответствующие патенты и создал компанию. индустриализация.
По словам Цуй Вэй, глобальный крупномасштабный рынок хранения энергии имеет триллионы долларов США. Как только марганцево-водородная батарея может быть промышленно развита и применена, как ожидается, это сделает сеть чистой энергии более стабильной и обеспечит важное социально-экономическое развитие. Крупномасштабные электростанции с чистой энергией, небольшие жилые районы и потребление электроэнергии домохозяйствами могут извлечь из этого выгоду. С другой стороны, индустриализация и применение марганцево-водородных батарей также позволит повысить популярность электромобилей. Стабильные электрические сети могут обеспечить эту цель. возможность.