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中年|新的液流电池可以加速由太阳和风驱动的电网


中年|新的液流电池可以加速由太阳和风驱动的电网
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伯克利实验室的科学家们使用一种称为AquaPIM的新型聚合物为电网开发了一种价格合理的液流电池膜 。 图片来源：Marilyn Sargent /伯克利实验室

伯克利实验室针对可再生能源开发的价格合理 ， 可持续的“液流电池”的新蓝图可以加速由太阳和风驱动的电网 。
您如何存储可再生能源 ， 以便在需要时即使在太阳不发光或风不吹动时也在那里？为电网设计的巨型电池（称为液流电池 ， 可以将电流存储在液体电解质的储罐中）可能是答案 ， 但是到目前为止 ， 公用事业公司尚未找到一种经济有效的电池 ， 可以在整个生命周期中为数千个家庭可靠地供电 。10至20年 。
现在 ， 由美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室（Berkeley Lab）的研究人员开发的电池膜技术可能指向解决方案 。
如《焦耳》杂志报道的那样 ， 研究人员从一种称为AquaPIM的聚合物中开发了一种通用且价格合理的电池膜 。 这类聚合物仅基于容易获得的材料（例如锌 ， 铁和水） ， 就可以使持久耐用且低成本的栅格电池成为可能 。 该团队还开发了一个简单的模型 ， 显示了不同的电池膜如何影响电池的寿命 ， 这有望加快流式电池技术的早期研发 ， 尤其是在寻找适合不同电池化学性质的膜时 。

“我们的AquaPIM膜技术在加速使用可扩展 ， 低成本水基化学品的液流电池市场定位方面具有优势 ， ”联合储能研究中心（JCESR）首席研究员Brett Helms说 。 以及负责这项研究的伯克利实验室分子铸造研究所的科学家 。 “通过使用我们的技术以及随附的电池性能和寿命经验模型 ， 其他研究人员将能够快速评估从电池膜到电荷存储材料进入电池的每个组件的就绪状态 。 这将为研究人员和产品开发人员节省时间和资源 。 ”
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带有离子选择性AquaPIM膜的液流电池（以米色表示）的示意图 。 伯克利实验室的科学家发现 ， 这种模型可以预测用于电网的液流电池的寿命和效率 ， 而无需构建整个设备 。 图片来源：Brett Helms /伯克利实验室


大多数网格电池化学物质都具有高度碱性（或碱性）的电极-一侧带正电的阴极 ， 另一侧带负电的阳极 。 但是 ， 当前最新的膜是为酸性化学物质设计的 ， 例如燃料电池中的氟化膜 ， 而不是碱性液流电池 。 （化学上 ， pH是溶液中氢离子浓度的量度 。 纯净水的pH值为7 ， 被认为是中性的 。 酸性溶液中氢离子的浓度很高 ， 被描述为具有低pH值 ， 或者pH值低于7 。 另一方面 ， 碱性溶液的氢离子浓度较低 ， 因此pH值较高 ， 或者pH值高于7 。 在碱性电池中 ， pH值可以高达14或15 。 ）
氟化聚合物膜也很昂贵 。 根据Helms的说法 ， 它们可以构成电池成本的15％到20％ ， 价格范围为$ 300 / kWh 。
Helms研究小组的研究生研究员Miranda Baran表示 ， 降低流动电池成本的一种方法是完全消除氟化聚合物膜 ， 并提出一种高性能但便宜的替代品 ， 例如AquaPIM 。 作者 。 Baran还是博士 。 加州大学伯克利分校化学系学生 。
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赫尔姆斯（Helms）及其合作者发现了AquaPIM技术 ， 该技术代表“固有微孔性的水相容性聚合物” ， 同时与合作者Yet-Ming Chiang合作开发了用于碱性水溶液（或碱性）系统的聚合物膜 。JCESR的首席研究员和麻省理工学院（MIT）的京瓷材料科学与工程教授 。

通过这些早期的实验 ， 研究人员了解到 ， 用一种称为“ ami胺肟”的奇异化学物质改性的膜使离子能够在阳极和阴极之间快速传播 。
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