目前,在商用市場鋰離子電池是毫無爭議的主角,不過以液流電池為代表的可再生能源已經顯現出了巨大的潛力,在未來有望成為替代者。歸功于從蝦殼中發現的一種成分,研究人員為液流電池開發了新的電極組件,性能要優于目前的解決方案。

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長期以來,液流電池(氧化還原液流電池)被視為從風能、太陽能等間歇性能源中提取能量的實力候補者,因為它們可以以相對較低的成本存儲大量的能量。液流電池將能量儲存在巨大的外部罐內的液態電解質中,電解質通過膜來回移動,以交換離子并對設備進行充電和放電。

這意味著,和現有鋰電池將能量存儲在電極材料中不同,這些液流電池的存儲能力可以通過簡單地增加儲罐的尺寸來擴大。這種類型的電池架構非常適合可再生能源存儲,因為在這種情況下,能量可能不會按需產生,而往往需要保存起來供以后使用。

目前液流電池解決方案中,比較有潛力的是將金屬釩作為電解質,這種材料因其在充電和放電過程中的可靠性而受到歡迎。在釩離子之間傳遞的過程中,電池的電極促進了這一過程,它通常由碳化的聚丙烯腈(一種合成聚合物)制成。

不過麻省理工大學的一個項目,主要尋找其他天然材料以提供更可持續的解決方案,并希望找到更好的性能替代者。研究人員找到了蝦殼中常見的甲殼素,這是一種類似纖維素的多糖,我們已經看到它被用于開發從可堆肥的食品包裝,到先進的防彈衣,再到更便宜的藥品。

該項目的主要作者,斯旺西大學的弗朗西斯科·馬丁·馬丁內斯(Francisco Martin-Martinez)說:“我們提出用甲殼素生產這些釩流電池電極,甲殼素是一種來自蝦殼的材料,除了碳,還含有氮”。

研究團隊將甲殼素沉積在氈狀電極上,并將其作為釩氧化還原流電池的一部分進行測試。測試結果顯示峰值功率密度改善了~100 mW cm–2。性能的提升固然可喜,但該團隊同樣對該設計的可持續發展性質感到興奮。

馬丁內斯表示:“它的好處不僅在于其良好的性能,還在于起始材料的低成本,鑒于廢物的再利用,這使得電極更具可持續性。這些來自蝦廢料的電極還可以應用于超級電容器、提供極高能量密度的電化學裝置,甚至是海水淡化過程中,不過我們的研究重點是釩氧化還原流電池。”

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責任編輯:study875

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[圖]改善液流電池性能和環保可持續性 科學家從蝦殼中發現電極材料

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