【硫基液流電池壽命短,難普及應(yīng)用于大型電網(wǎng)儲能】
水系液流電池是一種新穎的儲能技術(shù),由兩種處于溶液態(tài)的電解液通過離子交換來產(chǎn)生電能。相比傳統(tǒng)鋰離子電池,液流電池的優(yōu)勢在于安全、電量輸出功率大、設(shè)計靈活,適合用于風能、太陽能等再生能源的電網(wǎng)儲能裝置,以及可快速換電的電動交通工具等。然而,液流電池的能量密度低且成本高,較難應(yīng)用于大型電網(wǎng)儲能技術(shù)。
有鑒于此,盧教授的團隊早于2016年研發(fā)出一種利用廉價且環(huán)保的硫化物為基礎(chǔ)的多硫化物-碘液流電池,大幅提升液流電池的能量密度和降低成本,是一種極具潛力的新型液流電池。不過,這款電池采用一般商業(yè)用的離子選擇性膜,如應(yīng)用于儲能需求較大的電網(wǎng)儲能裝置,仍存在活性物質(zhì)交叉污染及沉積,導(dǎo)致電池容量衰減速度快和壽命短等技術(shù)問題。早于90年代,有英國科技公司嘗試開發(fā)類似的多硫化物-溴液流電池,最終亦因無法解決電池壽命短的問題而告吹,科學界一直尋求方法突破此技術(shù)難題。
【電荷增強型離子選擇性膜,大幅提升電池運作時間】
在多硫化物-碘液流電池的研究基礎(chǔ)上,盧教授進一步構(gòu)思提升電池循環(huán)穩(wěn)定性和使用壽命的方法。團隊最終從負責分隔正負電極的膜找到靈感,設(shè)計出一款「電荷增強型離子選擇性膜」。團隊在商業(yè)化離子選擇性膜(產(chǎn)品型號N117)覆蓋一層極薄的高分子材料和高吸附性的碳材料,令帶負電的活性小分子選擇性吸附于比表面積較大的碳微孔中,加強膜表面的負電性,并減少活性物質(zhì)的流失,從而提高電池的使用壽命,是全球首次利用此技術(shù)大幅提高電池的壽命,令電池可有效用于大型電網(wǎng)儲能裝置。 研究顯示,在電池沒有明顯容量衰減情況下,使用商業(yè)化膜N117的硫基液流電池一般只能運作160小時(約6.7天),而采用新膜的多硫化物-碘液流電池,其容量衰減率每天僅為0.005%,并能穩(wěn)定地循環(huán)逾1,200圈,即可運作逾2,000小時(約3個月)。另外,新電池的放電庫倫效率高達99.9%,每次充滿電后可持續(xù)使用長逾15小時,遠遠優(yōu)勝于使用商業(yè)化膜N117的硫基液流電池或鋰電池(充滿電后只能持續(xù)使用約3至4小時)。
當采用了新電池的儲能裝置在持續(xù)放電時長超過15小時的狀態(tài)下工作,其儲能均化成本亦較其他先進的液流電池體系為低。此外,新膜的適用性高,可用于其他高能量密度的液流電池體系,例如硫-溴、硫-鐵及有機液流電池等,以提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。
盧教授表示:「這款新型離子選擇性膜解決了液流電池長久以來因活性物質(zhì)交叉污染而導(dǎo)致電池使用壽命短的技術(shù)難題。同時,這款獨特的膜設(shè)計將促進價格低廉的硫基液流電池進一步商業(yè)化,并為高選擇性離子交換膜的研究和發(fā)展提供全新的方向。
原標題:香港中文大學研究出大型電網(wǎng)儲能用硫基液流電池新型膜材料