新固定电池系统的关键部件可以实现低成本网格级的能量存储

前沿科技 2021-02-19 08:08:47

橡树岭国家实验室的科学家开发了一种新的低成本固定电池系统的关键部件,利用普通材料,并设计用于电网规模的电力存储。

大型、经济的电力储存系统可以在许多方面使国家电网受益:平衡高峰和非高峰需求时间之间的负荷;在停电期间提供能源;从风力和太阳能等波动源储存电力;以及容纳电动汽车的极端快速充电。

电网主要依靠水电设施来储存能量,尽管使用锂离子电池的固定系统正在增加。 然而,锂价格昂贵,主要来自以外的国家。

一些实用程序一直在测试氧化还原流动电池(RFB)系统,这些系统是传统电池和燃料电池之间的交叉。 RFB非常适合网格应用,因为它们耐用、寿命长、易于扩展,并且具有快速响应时间。 然而,今天测试的大多数RFB都依赖于水基(水)系统,这减少了可以储存的电量-也称为能量密度。

一种非水流电池,它使用普通的、低成本的材料代替水,并能在较小的体积中储存更大的功率,这是电池科学家的首要任务。 其中一个绊脚石是开发了一种合适的膜来分离电池中的正负电解质,同时允许离子的转移。

ORNL的科学家现在已经开发出一种钠基非水基RFB膜,它可以使通常在水基RFB中看到的能量密度增加一倍或三倍。 这项工作由能源部电力局及其储能方案提供资金,并由ORNL的实验室指导资金提供。

该膜是由一种常见的,低成本的聚合物,聚乙烯氧化物(PEO).. 通过添加一种增塑剂:四乙二醇二甲醚,其电导率提高了100倍。 然而,共混物也降低了膜的机械强度。 为了抵消这一影响,科学家们将PEO与羧甲基纤维素混合-这是食品工业中经常用作增稠剂的另一种常见的、安全的材料。 这三种物质的结合导致了一种非常耐用的膜,预计在高能电池中能很好地发挥作用。

“非水氧化还原系统在高压下运行,从而提高能量密度。 但关键是在没有任何成本惩罚的情况下获得高能量密度,”该项目在ORNL材料科学和技术部门的首席调查员Jagjit Nanda说。

能源和运输科学部门的合作者Rose Ruther说:“这真的是关于系统的化学,了解它是如何连接在一起的,以及为什么我们要在膜的电导率上得到如此大的提高。”

这项研究在最近发表在ACS能源快报上的一篇期刊论文“非水氧化还原流动电池的低成本、机械坚固的钠离子导电膜”中作了详细介绍。

“为电网寻找储能解决方案是一项巨大的努力。 大型储能系统可能是一个非常昂贵的提议。 “成本规模与规模,因此,如果我们可以增加能量密度,这可能会带来很大的节省。”

南达说:“圣杯是一个不使用稀缺、昂贵的资源、以较低成本商业化潜力更大的系统”。 “系统中最薄弱的环节是膜,我们在用这种新的低成本原型解决这一问题方面取得了进展。

该项目的下一步是进一步开发该膜,使其在防止反离子交叉方面更具选择性,并提高其机械灵活性和鲁棒性。

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