石墨烯碳电极或将是实现液流电池低成本可再生能源存储的关键-凯发k8旗舰厅

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发布时间：2024-08-23
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【概要描述】在三种不同的混合液流电池系统中，使用无粘合剂电泳沉积 (epd) 技术，在商用碳纸电极上使用氮掺杂石墨烯，可显著提高性能、耐用性和成本。

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可再生能源未来的关键在于能够安全且廉价地储存大量能源。尽管特斯拉等公司已经使用锂离子电池建立了公用事业规模的能源储存系统，但最具成本效益的方法仍被认为是液流电池。

储存能量

锂离子电池由负极（阳极）、正极（阴极）和允许锂离子运动的电解质组成，所有这些都放在一个外壳或容器内。液流电池则不同。它将反应性电解质液体储存在单独的容器中，并将它们泵入反应器罐中，反应器罐内有一堆惰性电极，这些惰性电极从电解质溶液中剥离电子以产生电力。

通常，离子交换膜将反应器中的两种电解质溶液彼此分开。液流电池储能的能力仅与容纳反应性液体的容器的大小有关。这意味着，由于能量储存在电解质中，因此储能容量与功率水平无关。

液流电池运动学

用于两种电解液的材料必须形成还原-氧化 (氧化还原) 对，其中还原是电子的获得，氧化是电子的损失。市售的液流电池由锌和溴或金属钒的各种氧化和还原状态的组合制成。这两种液流电池都很昂贵。

溴是一种剧毒物质，锌溴液流电池电解质的腐蚀性要求能够处理腐蚀性环境的组件。钒本身是一种昂贵的材料，含钒液流电池的成本中仅钒材料就高达 43%。

如何更便宜

为了寻找一种更低成本的选择，研究人员开始研究混合液流电池。在混合液流电池中，电解质含有一种或多种溶解的电活性元素，并流过反应器电池，化学能在那里转化为电能。电解质储存在与正极和负极相对应的单独罐中。由于没有离子插入电极，它们保持完整，不易受到应力和开裂的影响。此外，流动的液体电解质有助于冷却电极并防止过热。

电极通常由金属氢化物作为阳极，碳石墨材料作为阴极，它们对混合液流电池的性能和耐用性有重大影响。这就是为什么英国华威大学 (wmg) 最近的一份报告引起了人们的兴趣。

wmg 的研究人员已经找到了一种方法，通过结合使用简单而有效的纳米碳添加剂（氮掺杂石墨烯）电泳沉积 (epd) 处理的碳基电极和经济实惠的电解质来提高混合液流电池的性能和耐用性，同时显着降低成本。

三个混合系统

研究人员使用无粘合剂电泳技术 (epd)，利用氮掺杂石墨烯制成的电极（暴露于氮等离子体）增强了三种混合流动池。研究中检查的三种混合流动池是：氢/钒 (rhvfc)、氢/锰 (rhmnfc) 和多硫化物/空气 (s-air)。

在这三种系统中，纳米碳添加剂和碳纸电极与电泳沉积的氮掺杂石墨烯 (ng) 和碳电极的结合使用都带来了好处。氢/钒系统的效率提高了 70% 以上，而氢/锰系统的能源效率提高了 30%。与裸碳纸电极相比，s-air 电池的动力学提高了 3 倍。

华威大学 wmg 研究员兼该项目研究人员之一 barun chakrabarti 表示：“这种 epd 技术不仅简单，而且还提高了三种不同经济型混合液流电池的效率，从而增加了它们在电网规模储能方面广泛商业应用的潜力。”

不仅在高酸性或碱性环境中的性能和耐用性得到了改善，而且据 wmg 称，混合液流电池的总化学成本约为竞争电池（如锂离子系统）成本的 1/30。当该技术规模扩大后，mwg 预计，大规模储存风能或太阳能电力（持续数天）的成本约为每千瓦时 20-25 美元，而同等锂离子电池系统的成本为 100-175 美元。

来源：battery technology（作者：凱文·克莱門斯）

https://www.batterytechonline.com/batteries/flow-vs-lithium-ion-batteries-for-energy-storage

信息来源：艾邦液流电池网

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