圖片來源： GabrielleMerk。 Wikimedia.org（照片#46）
研究人員表示，一種新的水基電池可以為後來儲存風能或太陽能提供便宜的方式。
電池存儲太陽照射和風吹時產生的能量，因此可以將其反饋到電網中並在需求高時重新分配。
報導的原型錳氫電池 自然能源，只有三英寸高，僅產生20毫瓦時的電量，這與掛在鑰匙環上的LED手電筒的能量水平相當。
儘管原型產量很小，研究人員仍然相信他們可以將這種桌面技術擴展到工業級系統，該系統可以充電和充電至10,000次，從而創造出一種電網壽命遠遠超過電池壽命的電池級電池。十年。
斯坦福大學材料科學教授，該論文的高級作者易翠表示，錳氫電池技術可能成為國家能源難題中的一個缺失部分 - 一種存儲不可預測的風能或太陽能的方法，以減少當沒有可再生資源時，需要燃燒可靠但排放碳的化石燃料。
“我們所做的就是將特殊的鹽投入水中，滴入電極，並產生可逆的化學反應，以氫氣的形式存儲電子，”崔說。
聰明的化學
Cui實驗室的博士後學者魏晨帶領團隊實現了這個概念，並建立了原型。 從本質上講，研究人員哄騙水和硫酸錳之間的可逆電子交換，這是一種廉價，豐富的工業鹽，用於製造乾電池，肥料，紙張和其他產品。
為了模仿風能或太陽能源如何為電池供電，研究人員在原型上安裝了一個電源。 流入的電子與溶解在水中的硫酸錳反應，留下附著在電極上的二氧化錳顆粒。 多餘的電子以氫氣的形式冒出，將這些能量儲存起來供將來使用。
工程師知道如何利用儲存在氫氣中的能量重新發電，因此下一步重要的是證明他們可以為水基電池充電。
研究人員通過將其電源重新連接到耗盡的原型來實現這一目標，這次目的是誘導二氧化錳顆粒附著在電極上與水結合，補充硫酸錳鹽。 一旦這個過程恢復鹽，進入的電子就會過剩，過剩的能量會像氫氣一樣冒出來，這種方法可以一次又一次地重複。
Cui估計，考慮到水基電池的預期壽命，存儲足夠的電力給100瓦特燈泡供電12小時將花費一分錢。
“我們相信這種原型技術將能夠滿足能源部的公用事業規模電存儲實用性目標，”崔說。
美國能源部（DOE）推薦用於電網規模儲存的電池，應在一小時內存儲並放電至少20千瓦功率，至少能夠進行5,000充電，並且使用壽命為10年或更多。 為了實現這一目標，這種電池系統的成本應為2,000或更低，或每千瓦時100。
美國能源部前秘書和諾貝爾獎獲得者，現任斯坦福大學教授的朱棣文長期以來一直關注鼓勵技術來幫助國家向可再生能源過渡。
“雖然精確的材料和設計仍需要開發，但這個原型展示了科學和工程的類型，它提出了實現低成本，長效，實用規模電池的新方法，”Chu說，他不是研究小組。
為電網供電
據美國能源部估計，美國約有十分之一的電力來自煤炭或天然氣工廠，佔二氧化碳排放量的70百分比。 轉向風能和太陽能發電是減少這些排放的一種方法。 但這帶來了涉及電源可變性的新挑戰。 最明顯的是，太陽只在白天閃耀，有時風不吹。
但另一個不太了解但重要的可變性形式來自對電網的需求激增 - 高壓電線網絡將電力分配到地區並最終分配給家庭。 在炎熱的一天，當人們下班回家並啟動空調時，公用事業必須採用負載平衡策略來滿足高峰需求：在幾分鐘內提高發電量的一些方法，以避免停電或停電，否則可能導致電網停電。
如今，公用事業公司通常會通過啟動按需或“可調度”發電廠來實現這一目標，這些發電廠可能在一天中大部分時間閒置，但可以在幾分鐘內上線 - 產生快速能源但增加碳排放。 一些公用事業公司開發了短期負荷平衡，不依賴於化石燃料燃燒設備。
最常見且最具成本效益的策略是抽水蓄能：利用多餘的電力將水輸送到上坡，然後讓其回流以在高峰需求期間產生能量。 然而，水力發電儲存僅適用於水和空間充足的地區。 因此，為了使風能和太陽能更加有用，DOE鼓勵使用高容量電池作為替代方案。
擊敗競爭對手
Cui表示，市場上有幾種類型的可充電電池技術，但目前尚不清楚哪種方法能夠滿足DOE的要求，並證明其對公用事業，監管機構和維護國家電網的其他利益相關者的實用性。
例如，Cui表示，可充電鋰離子電池可以存儲運行手機和筆記本電腦所需的少量能源，這些電池是以稀有材料為基礎的，因此價格過高，無法為鄰里或城市供電。 崔說，電網規模的存儲需要一個低成本，高容量，可充電的電池。 錳氫工藝看起來很有希望。
“其他可充電電池技術在使用壽命期間很容易超過成本的五倍，”崔補充道。
陳說，新型化學，低成本材料和相對簡單使錳氫電池成為低成本電網規模部署的理想選擇。
原型需要開發工作來證明自己。 一方面，它使用鉑作為催化劑來刺激電極上的關鍵化學反應，使充電過程高效，並且該組件的成本對於大規模部署來說是過高的。 但陳說，該團隊已經在研究更便宜的方法來誘導硫酸錳和水進行可逆電子交換。
“我們已經確定了能夠使我們低於每千瓦時每小時100小時DOE目標的催化劑，”他說。
研究人員報告說，對原型進行10,000充電，這是DOE要求的兩倍，但他們表示有必要在實際電網儲存條件下測試錳氫電池，以便真正評估其壽命性能和成本。
崔說，他已經試圖通過斯坦福技術許可辦公室申請專利，併計劃組建一家公司，以使該系統商業化。
關於作者
斯坦福大學材料科學教授易翠是該論文的高級作者。 其他共同作者來自中國科學院和斯坦福大學。 能源部資助了這項研究。
資源： 斯坦福大學
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