具惊人的抗寒能力 瑞典开发有效存储可再生能源有机储能电池

发布日期:2020-05-18  来源:UPS应用

核心提示:据外媒报道,瑞典的科学家正在致力开发可以存储可再生能源的有机质子电池,这种电池的储能性能甚至令研究人员感到惊讶。研究人员
 据外媒报道,瑞典的科学家正在致力开发可以存储可再生能源的有机质子电池,这种电池的储能性能甚至令研究人员感到惊讶。研究人员表示,这种电池可以直接连接太阳能发电设施快速充电,并且可以承受高达-24℃的低温而不会损失容量。
 
而分析人员表示,这种储能电池进入市场的道路仍然漫长,但是与铅酸电池和锂离子电池面临的危险废物处置挑战相比,该电池处置起来更容易,这也可以在迅速发展的储能市场中提供竞争优势。到2035年,全球储能系统的年收入预计将增长到5460亿美元,年部署量为3046GWh。
 
加州储能联盟执行董事Alex Morris说:“这种电池在处置废物具有一定的优势,特别是如果总体成本较低时,这种优势就会体现出来。”
 
国际电池创新联盟经理Matthew Raiford说,全球储能市场发展如此之快,以至于需要跨技术进行创新。他说,该联盟资助铅酸电池研究,并对这种有机电池的推出表示欢迎。一旦有机电池技术发展成熟,锂、铅、锌以及有机电池等多种电池技术为用户提供更多的选择。”
 
惊人的抗寒能力
 
新的有机质子电池是由Christian Strietzel领导的团队在瑞典乌普萨拉大学开发的,该团队研究和开发该项目花费了两年多的时间。其开发结果于今年春季发表在《Angewandte Chemie》科学期刊上。
 
研究小组使用了天然存在的醌(可以人工合成或在细菌、真菌和某些高级植物中发现),将其置于酸性电解质水溶液中。在以往的研究中,研究人员已经开发出采用有机材料的电池,但其小分子往往更容易溶解到电解液中,从而使电池的长期稳定性降低。
 
目前,铅酸电池和锂离子电池主导着全球市场。传统的铅酸电池广泛用于汽车和工业环境,而锂离子电池则占全球电池储能市场的90%以上。
 
铅酸电池可以在较低的温度下工作,这为瑞典研究团队提供了一些灵感,但是铅酸电池的环境温度从20℃降到-20℃时,其放电能力将会减少一半。
 
Strietzel表示,这种有机质子电池令人惊奇的是,即使在远低于冰点的温度下也能保持稳定运行。他说:“我们知道低温对于电池性能产生一定影响。令人惊讶的是,这种电池的放电能力并没有受到影响,因此可以部署在常年温度较低的应用场合。”
 
锂离子电池需要充电控制器来管理充电。Strietzel说,这种有机质子电池可以直接从太阳能发电设施充电,而无需采用其他电子设备。他说:“用户可以白天采用太阳能发电设施的电力,晚上直流采用电池储能系统提供的电力。”
 
这种电池的能量密度可与铅酸电池相媲美,研究人员说,这种电池由于相对较重,对于汽车而言并不是理想的选择,但可以很好应用在电网的储能系统、小型传感器和智能家居应用场合。
 
研究人中员还计划使用3D打印技术生产这种类池。这样有机质子电池可以具有各种形状。
 
有机质子电池的工作寿命有待观察
 
这种有机质子电池的潜在寿命还有待观察。瑞典团队的电池原型可以快速充电500次以上而不会降低其效率,但是这个数量远低于其他电池。
 
锂离子电池的循环寿命(可以充电和放电的次数)为2,500次至4,000次。铅酸电池的循环寿命为1,000至5,000次。国际电池创新联盟最近推动了提高其效率的研究,希望使其成为一种可以支持可再生能源发电设施的更加经济的储能技术。
 
另一个关键问题是如何经济地生产这种电池。有机电池不需要采用矿物质,这可能会提供市场优势。美国铅矿丰富,可以在量生产铅酸电池,而锂离子材料主要来自从中国和其他国家。
 
随着能源行业对电网规模电池储能系统的安全性需求,包括报废处理在内的安全问题也困扰着锂离子电池。无毒的有机电池可以避免这些问题。
 
Strietzel表示,虽然醌能够以较低的成本合成生产,但化学工业中至关重要的规模经济可以使有机质子电池更具商业化生产的可行性。他说:“这些有机成分既丰富又廉价,但将它们组合起来并不简单。我们正在寻求一些合作伙伴,以使这种电池实现商业化生产,并使其成本更低。”
 
他说:“对于有机电池而言,主要障碍之一是要确保使用简化且实用的合成技术。而如今无论采用的是哪种电池,采用矿物的无机电池都将面临环保挑战,而有机电池则可以有效应对这些挑战。”
 

 
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