史丹福大學研發錳氫氣電池,可循環充電超萬次

2021-01-11 科技星球APP

近日,史丹福大學的研究團隊研製出了可循環充電超萬次的錳氫氣電池,預估其使用壽命可達十年之久,可以用來進行大規模電網儲能。

就目前來說,21世紀的可攜式電池基本都是鋰電池,輕便的設計完美地適應了手機和電腦,然而對於大規模儲能用電來說,鋰電池的造價就顯得昂貴,無法適用。其他的如鉛酸電池等,也同樣由於成本的原因而無法應用在大規模儲能上。

因此研究人員一直在尋找一種在地球上資源充足的且成本低廉的材料,最後選擇了硫酸錳和簡單碳電極,研製出了錳氫氣電池。該款電池利用水和硫酸錳鹽之間的可逆的電子交換,將硫酸錳鹽投入水中,加入電極從而產生可逆化學反應。

首先是流入的電子與溶解在水中的硫酸錳鹽反應,留下的二氧化錳便粘附在正電極上,同時放出電子。在負電極,碳電極水分減少產生氫氣,這是充電過程。而放電時,則剛好相反,二氧化錳再溶解並且氫氣被氧化回水。當接下來再將電源重新接上時,這時候附著在電極上的二氧化錳將與水結合,補充硫酸錳鹽,一旦這種鹽得到恢復,進入的電子就會變得過剩,負電極又產生氫氣——如此一來,這樣的過程就可以不斷地循環實現。

此次的研究是由史丹福大學崔屹實驗室的崔屹指導的,他於2002年在哈佛大學獲得博士學位後,便加入到史丹福大學任教至今。目前是材料科學與工程系的教授,他還是前能源研究所高級研究員。他的研究方向主要是與納米材料及電池類有關,譬如太陽能電池,微生物燃料電池等。

而該電池的原型僅有3英寸(約7.6cm)高,僅能產生20毫瓦小時的電量,這與掛在鑰匙環上的LED手電筒的能量水平相當。但電池的充電和放電次數可達到10,000多次,而不會出現任何性能下降,而且其使用壽命遠遠超過十年。儘管原型電池的產量不多,但研究人員認為他們可以將這種技術的應用擴展到工業級別的生產。

錳氫氣電池技術也剛好彌補了美國能源部亟待解決的能源問題——公用事業大規模電力存儲。一旦能夠實現產業化,將為清潔能源入電網帶來重要促進作用,屆時許多用電的電廠、小區等都能從中受益,且使得電動汽車能夠進一步普及,並減少化石燃料的使用及碳排放。

目前研究團隊已經通過斯坦福技術許可辦公室申請了專利,並計劃組建一家公司來實現該技術的商業化。

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