開發(fā)新的電極組建，液流電池有望代替鋰電池

目前，在商用市場(chǎng)鋰離子電池是毫無(wú)爭(zhēng)議的主角，不過(guò)以液流電池為代表的可再生能源已經(jīng)顯現(xiàn)出了巨大的潛力，在未來(lái)有望成為替代者。歸功于從蝦殼中發(fā)現(xiàn)的一種成分，研究人員為液流電池開發(fā)了新的電極組件，性能要優(yōu)于目前的解決方案。

長(zhǎng)期以來(lái)，液流電池（氧化還原液流電池）被視為從風(fēng)能、太陽(yáng)能等間歇性能源中提取能量的實(shí)力候補(bǔ)者，因?yàn)樗鼈兛梢砸韵鄬?duì)較低的成本存儲(chǔ)大量的能量。液流電池將能量?jī)?chǔ)存在巨大的外部罐內(nèi)的液態(tài)電解質(zhì)中，電解質(zhì)通過(guò)膜來(lái)回移動(dòng)，以交換離子并對(duì)設(shè)備進(jìn)行充電和放電。

這意味著，和現(xiàn)有鋰電池將能量存儲(chǔ)在電極材料中不同，這些液流電池的存儲(chǔ)能力可以通過(guò)簡(jiǎn)單地增加儲(chǔ)罐的尺寸來(lái)擴(kuò)大。這種類型的電池架構(gòu)非常適合可再生能源存儲(chǔ)，因?yàn)樵谶@種情況下，能量可能不會(huì)按需產(chǎn)生，而往往需要保存起來(lái)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(zhì)，這種材料因其在充電和放電過(guò)程中的可靠性而受到歡迎。在釩離子之間傳遞的過(guò)程中，電池的電極促進(jìn)了這一過(guò)程，它通常由碳化的聚丙烯腈（一種合成聚合物）制成。

不過(guò)麻省理工大學(xué)的一個(gè)項(xiàng)目，主要尋找其他天然材料以提供更可持續(xù)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(jīng)看到它被用于開發(fā)從可堆肥的食品包裝，到先進(jìn)的防彈衣，再到更便宜的藥品。

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

研究團(tuán)隊(duì)將甲殼素沉積在氈狀電極上，并將其作為釩氧化還原液流電池的一部分進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)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(tuán)隊(duì)同樣對(duì)該設(shè)計(jì)的可持續(xù)發(fā)展性質(zhì)感到興奮。

馬丁內(nèi)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(xù)性。這些來(lái)自蝦廢料的電極還可以應(yīng)用于超級(jí)電容器、提供極高能量密度的電化學(xué)裝置，甚至是海水淡化過(guò)程中，不過(guò)我們的研究重點(diǎn)是釩氧化還原液流電池。”