科技前沿|熔盐电池可将电池“冻结”以不损失能量

时间:2022-05-07 21:30来源:国家光热联盟
  随着电网脱碳压力的增加,对可再生能源发电的长期储存选择的需求也在增加,尤其是对风能和太阳能等非连续可用的能源。虽然可充电电池是消费者使用的首选解决方案,但在电网规模的考虑中,使用电池储能是不切实际的。当前,科学家们一直在寻找重力储能、热能或地热储能以及熔盐电池的解决方案。
根据太平洋西北国家实验室的初步测试,在炎热的夏天,长时间电网规模的电池可以利用春天储存的能量为房子降温 (来源:PNNL)
  美国太平洋西北国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory,PNNL)最近的一项关于熔盐电池的研究表明,熔盐电池可以将其电量“冻结”数月,然后按需使用。
  据研究人员报告称,熔盐电池在3个月内能保留了92%的容量。“目前我们正在进行为期6个月的测试项目。”该研究的第一作者Minyuan“Miller”Li 预计,在这段时间内,电池可保留80%以上的电量。
  顾名思义,熔盐电池使用液态熔盐电解液,在室温下结冰,使电池处于非活动状态。当阳极被激活时,作为高导电性的电解液,与熔融的电解质交换。
  电池在季节性或长期储存时通常不可靠,因为它们在不使用时会放电。然而,在PNNL研究团队的测试中,熔盐的冻融机制能够避免这个问题。他们分别使用镍和铝作为阴极和阳极的材料,四氯化铝钠(NaAlCl₄)作为熔盐电解液;所有这些采用的都是相对便宜、原料丰富材料。这种电解液的熔点约为157ºC,基本上在室温范围内保持固态。
  首席研究员Guosheng Li解释说:“我们希望在可再生能源充足的时候给电池充电,然后我们将电池保持在环境温度下,环境温度会使电池冻结……并关闭自放电,以便长期储存。”他表示,到了使用电池的时候,有几种不同的方法来加热电池。例如,可以使用废热等来激活电池,然后用这些电进行循环加热。
  为了展示他们的测试成果,研究人员建造了一个相对较小的,相当于冰球大小的电池。但实际上,因为熔盐电池材料很容易获得,所以,在实际应用中扩大规模没有任何障碍。即便如此,“我们知道(这些)可能不是最好的材料,因此我们的下一个目标是用成本较低的材料取代镍。”Guosheng Li介绍。
  铁是他们正在考虑的替代品之一,同时也在考虑电解质的其他选择。目前NaAlCl₄的熔点为157ºC,高于研究人员的预期。“在未来的研究中,我们将致力于低成本材料和相对较低的工作温度,但仍会高于环境温度。”Li表示:“我们想在环境温度下冻结电解液,所以说,70ºC或80ºC(冰点)左右是理想的,如此一来,我们不需要像目前研究中,要将电池加热到180ºC。” 
  另一位研究报告的合著者Vincent L. Sprenkle补充说明,在熔盐电池潜在的应用方面,其工作温度越低,情况就越好。“我们设想的潜在应用之一是关于关键基础设施的弹性问题。如果你真的能冻结这种自放电机制,那么这些电池系统能在某个地方放置数年,然后在需要时用现成的方法加热。”
  PNNL研究团队拟计划于2030年至2035年进行商业应用,尤其是在已部署和运行的系统中使用。换句话说,前面还有一条漫长的路。正如Li所指出的,这个概念证明只是为了看看这项技术是否可行。“如果我们能做一个更精美的实验,我相信能降低温度至刚好高于室温,而且能节省大量能源。”
  除了降低工作温度和用成本较低的材料替换堆芯外,研究人员认为,随着规模的扩大,还有其他挑战将变得更加明显。Sprenkle补充道,一个重要的问题是了解储存能量的价值。研究人员指出,为季节性存储而设计的电池每年可能只充电和放电一到两次。与设计用于为电动汽车、笔记本电脑或其他消费类设备供电的电池不同,它们不需要持续数百或数千个循环。
  来源:https://spectrum.ieee.org  翻译:董清风

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