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改善液流電池性能和環(huán)保可持續(xù)性 科學(xué)家從蝦殼中發(fā)現(xiàn)電極材料
時(shí)間:2020-07-02 11:57來源:cnBeta 作者:綜合報(bào)道
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目前，在商用市場鋰離子電池是毫無爭議的主角，不過以液流電池為代表的可再生能源已經(jīng)顯現(xiàn)出了巨大的潛力，在未來有望成為替代者。歸功于從蝦殼中發(fā)現(xiàn)的一種成分，研究人員為液流電池開發(fā)了新的電極組件，性能要優(yōu)于目前的解決方案。
長期以來，液流電池（氧化還原液流電池）被視為從風(fēng)能、太陽能等間歇性能源中提取能量的實(shí)力候補(bǔ)者，因?yàn)樗鼈兛梢砸韵鄬^低的成本存儲(chǔ)大量的能量。液流電池將能量儲(chǔ)存在巨大的外部罐內(nèi)的液態(tài)電解質(zhì)中，電解質(zhì)通過膜來回移動(dòng)，以交換離子并對設(shè)備進(jìn)行充電和放電。
這意味著，和現(xiàn)有鋰電池將能量存儲(chǔ)在電極材料中不同，這些液流電池的存儲(chǔ)能力可以通過簡單地增加儲(chǔ)罐的尺寸來擴(kuò)大。這種類型的電池架構(gòu)非常適合可再生能源存儲(chǔ)，因?yàn)樵谶@種情況下，能量可能不會(huì)按需產(chǎn)生，而往往需要保存起來供以后使用。
目前液流電池解決方案中，比較有潛力的是將金屬釩作為電解質(zhì)，這種材料因其在充電和放電過程中的可靠性而受到歡迎。在釩離子之間傳遞的過程中，電池的電極促進(jìn)了這一過程，它通常由碳化的聚丙烯腈（一種合成聚合物）制成。
不過麻省理工大學(xué)的一個(gè)項(xiàng)目，主要尋找其他天然材料以提供更可持續(xù)的解決方案，并希望找到更好的性能替代者。研究人員找到了蝦殼中常見的甲殼素，這是一種類似纖維素的多糖，我們已經(jīng)看到它被用于開發(fā)從可堆肥的食品包裝，到先進(jìn)的防彈衣，再到更便宜的藥品。
該項(xiàng)目的主要作者，斯旺西大學(xué)的弗朗西斯科·馬丁·馬丁內(nèi)斯（Francisco Martin-Martinez）說：“我們提出用甲殼素生產(chǎn)這些釩流電池電極，甲殼素是一種來自蝦殼的材料，除了碳，還含有氮”。
研究團(tuán)隊(duì)將甲殼素沉積在氈狀電極上，并將其作為釩氧化還原流電池的一部分進(jìn)行測試。測試結(jié)果顯示峰值功率密度改善了~100 mW cm–2。性能的提升固然可喜，但該團(tuán)隊(duì)同樣對該設(shè)計(jì)的可持續(xù)發(fā)展性質(zhì)感到興奮。
馬丁內(nèi)斯表示：“它的好處不僅在于其良好的性能，還在于起始材料的低成本，鑒于廢物的再利用，這使得電極更具可持續(xù)性。這些來自蝦廢料的電極還可以應(yīng)用于超級(jí)電容器、提供極高能量密度的電化學(xué)裝置，甚至是海水淡化過程中，不過我們的研究重點(diǎn)是釩氧化還原流電池。”
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