新型蓄電池設計助太陽能發展

    鋰電世界  美國能源部（DOE）SLAC國家加速器實驗室和斯坦福大學的研究人員設計了一種低成本、長壽命的電池，這種電池可以使太陽能和風能成為電網的主要供應商。

    斯坦福大學材料科學與工程系副教授、斯坦福大學材料和能源科學院的成員崔毅表示：“風能和太陽能發電要想實現大規模應用，我們需要一種由經濟的材料制成的電池，這種電池容易實現規模效益，而效率依然很高。我們認為我們的新電池可能是最好的，能夠更好的控制這些替代能源的自然波動。”

    研究小組報告的結果發表在《能源和環境科學》5月刊，這項研究的部分成果獲得了美國能源部能源存儲研究聯合中心的支持。

    目前，電網無法承受太陽能和風力寬振幅引起的電力大幅及突然波動。由于太陽能和風能提供給電網的總電量接近20％，所以必須有能源儲存系統來調節“間歇性”高峰和低谷--能量過剩時儲存起來，輸入不足時釋放所存儲的能源。

    當今，對于間歇電網儲存來說，最具前途電池是“流”電池，因為其在擴展貯槽、泵和管道方面相對簡單，以滿足處理大容量能源的需要。崔毅研究小組開發的新型流電池設計較以往的電池有了很大簡化，而且較為便宜，這為規模化生產提供了一種潛在可行的解決方案。

    今天的流電池一般通過一個互通的室注入兩種不同的液體，溶解的分子在這里發生化學反應，存儲或釋放能量。這個室里有一種膜，只允許未參與反應的離子在液體中通過，同時保持活性離子的物理分離。這種電池設計有兩個主要缺點：液體成本高，這些液體中含有釩等稀有材料；它的膜也非常昂貴，而且需要經常維護。

    斯坦福大學/SLAC新的電池設計只使用一種分子流，根本不需要膜。它的分子中大多由相對便宜的鋰元素和硫元素構成，這些分子與一塊帶有允許電子通過的柵欄相互作用，而不分解金屬。放電時，稱為鋰-聚硫化物（lithiumpolysulfide）的分子吸收鋰離子；充電時，這些分子就釋放鋰離子到液體中。整個分子流溶解在有機溶劑中，不存在水性流電池的腐蝕問題。

    崔毅說：“在最初的實驗室測試中，新電池還表現出優秀的儲能性能，超過2，000次充放電過程。如果按每天一次充放電的話，那么這相當于5.5年多。”

    為了展示他們的概念，研究人員創建了一個小型系統，使用簡單的玻璃器皿。往燒瓶里添加鋰-聚硫化物立即產生電力，能夠點亮一個LED燈。

    未來，崔毅的研究小組計劃制造一個實驗室規模的系統以優化能源存儲過程，確定潛在的工程問題，并與潛在的全面現場示范單位開始討論。