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改善液流电池性能和环保可继续性 科学家从虾壳中发现电极材料

2021-04-26 ryder

目前,在商用市场锂电池是毫无争议的主角,不过以液流电池为代表的可再生能源已经显现出了巨大的潜力,在将来有望成为替代者。归功于从虾壳中发现的一种成分,研究人员为液流电池开发了新的电极组件,性能要优于目前的处理办法。


长期以来,液流电池(氧化还原液流电池)被视为从风能、太阳能等间歇性能源中提取能量的实力候补者,因为它们可以以相对较低的成本存储大量的能量。液流电池将能量储存在巨大的外部罐内的液态电解质中,电解质通过膜来回移动,以交换离子并对设备进行充电和放电。


这意味着,和现有锂电池将能量存储在电极材料中不同,这些液流电池的存储能力可以通过简单地新增储罐的尺寸来张大。这种类型的电池架构非常适合可再生能源存储,因为在这种情况下,能量可能不会按需出现,而往往要保存起来供以后使用。


目前液流电池处理办法中,比较有潜力的是将金属钒作为电解质,这种材料因其在充电和放电过程中的可靠性而受到欢迎。在钒离子之间传递的过程中,电池的电极促使了这一过程,它通常由碳化的聚丙烯腈(一种合成聚合物)制成。


不过麻省理工大学的一个项目,紧要寻找其他天然材料以供应更可继续的处理办法,并希望找到更好的性能替代者。研究人员找到了虾壳中常见的甲壳素,这是一种类似纤维素的多糖,我们已经看到它被用于开发从可堆肥的食品包装,到先进的防弹衣,再到更便宜的药品。


该项目的紧要作者,斯旺西大学的弗朗西斯科·马丁·马丁内斯(FranciscoMartin-Martinez)说:“我们提出用甲壳素加工这些钒流电池电极,甲壳素是一种来自虾壳的材料,除了碳,还含有氮”。


研究团队将甲壳素沉积在毡状电极上,并将其作为钒氧化还原液流电池的一部分进行探测。探测结果显示峰值功率密度改善了~100mWcm–2。性能的提升固然可喜,但该团队同样对该设计的可继续发展性质感到兴奋。


马丁内斯表示:“它的好处不仅在于其良好的性能,还在于起始材料的低成本,鉴于废物的再利用,这使得电极更具可继续性。这些来自虾废料的电极还可以使用于超级电容器、供应极高能量密度的电化学装置,甚至是海水淡化过程中,不过我们的研究重点是钒氧化还原液流电池。”

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