金属网突破可以解决可充电电池问题

2018-05-14

由于麻省理工学院和其他机构的研究人员发现了一种新的电池,一种在近五十年前首次发明的电池可以推向能量存储技术的前沿。由Felice Frankel从原始图像修改的插图

由于麻省理工学院和其他机构的研究人员发现了一种新的电池,一种在近五十年前首次发明的电池可以推向能量存储技术的前沿。基于氯化钠和氯化镍制成的电极以及使用新型金属网膜的电池可用于电网安装,以制造风能和太阳能等间歇性电源,能够提供可靠的基本负载电力。

今天在“自然能源”杂志上,由麻省理工学院教授唐纳德Sadoway,博士后华西贤和布赖斯锺和其他四人组成的小组今天发表了这些发现。

尽管该团队使用的基于液态钠电极材料的基本电池化学成分最初是在1968年描述的,但由于一个显着的缺点,该概念从未作为实用方法被捕获:它需要使用薄膜来分离其熔融组件,并且唯一已知的具有该膜所需特性的材料是易碎和易碎的陶瓷。这些薄纸膜使得电池在实际操作条件下容易损坏,所以除了一些特殊的工业应用外,该系统还没有被广泛实施。

但Sadoway和他的团队采取了不同的方法,意识到该膜的功能可以通过特殊涂层的金属网来实现,这是一种更坚固和更灵活的材料,可以承受工业规模存储系统。

“我认为这是一个突破,”Sadoway说,因为这是50年来第一次,这种类型的电池 - 其优点包括廉价,丰富的原材料,非常安全的操作特性以及经历许多充放电循环的能力没有退化 - 可能最终变得切实可行。

虽然一些公司继续生产用于专门用途的液体钠电池,但“由于陶瓷膜的脆弱性,成本一直很高,”约翰F.埃利奥特材料化学教授Sadoway说。 “没有人真的能够实现这个过程,”包括GE在内,在放弃该项目之前花了近10年的时间研究这项技术。

Sadoway和他的团队探索了熔融金属电池中不同组分的各种选择,他们对使用铅化合物进行测试的结果感到惊讶。他说:“我们在试验箱内部打开了电池并发现了液滴”,这将“必须是熔融铅液滴”。但不像预期的那样充当膜,复合材料“充当电极”,积极参与电池的电化学反应。

“这真的让我们看到了完全不同的技术,”他说。该膜以其完全不同的方式发挥了作用 - 选择性地允许某些分子通过而阻挡其他分子 - 利用其电特性而不是基于材料中孔隙大小的典型机械分选。

最后,在对各种化合物进行实验之后,研究小组发现,涂有氮化钛溶液的普通钢丝网可以执行之前使用的陶瓷膜的所有功能,但没有脆性和脆性。这些结果可能使一整套廉价耐用的材料成为大规模可充电电池的实用品。

他说,这种新型膜的应用可以应用于各种熔融电极电池化学成分,并为电池设计开辟了新的途径。 “事实上,你可以制造钠硫型电池或钠/氯化镍型电池,而不需要使用易碎,易碎的陶瓷,这可以改变一切,”他说。

Sadoway说,这项工作可能导致价格低廉的电池足够大,以使间歇式可再生电源适用于电网规模的存储,同样的基础技术也可以有其他应用,例如某些金属生产。

Sadoway警告说,这种电池不适用于某些主要用途,例如汽车或电话。他们的优势在于成本高昂的大型固定安装,但尺寸和重量并非如公用事业规模的负载均衡。在这些应用中,廉价的电池技术有可能使更多的间歇性可再生能源替代基准负载,始终可用的电源,而这些电源目前由化石燃料占主导地位。

研究团队还包括中国武汉大学的陈飞,麻省理工学院的研究科学家Takanari Ouchi以及博士后Ji Zhao和田中伸行。这项工作得到法国石油公司Total S.A的支持。

出版物:Huayi Yin等人,“Faradaically selective membrane for liquid metal displacement batteries,”Nature Energy(2018)doi:10.1038 / s41560-017-0072-1

资料来源:麻省理工学院新闻办公室David L. Chandler

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