質(zhì)子電池的潛在應(yīng)用包括來自太陽能光伏板的家用電存儲

來自澳大利亞墨爾本皇家理工大學(xué)的研究人員首次展示了一種可充電的“質(zhì)子電池”，它可以重新連接我們?yōu)榧彝?，車輛和設(shè)備供電的方式。

該充電電池是環(huán)保，而且有潛力，有進(jìn)一步發(fā)展，以存儲更多的能量比目前可用的鋰離子電池。

質(zhì)子電池的潛在應(yīng)用包括來自太陽能光伏板的家用電存儲，正如特斯拉'Power Wall'目前使用鋰離子電池所做的那樣。

通過一些修改和擴(kuò)大規(guī)模，質(zhì)子電池技術(shù)也可用于電網(wǎng)的中等規(guī)模存儲 - 如南澳大利亞的巨型鋰電池 - 以及電動汽車的動力。

工作原型質(zhì)子電池使用碳電極作為氫存儲器，與可逆燃料電池相結(jié)合以產(chǎn)生電力。

首席研究員約翰安德魯斯教授表示，這是碳電極加上來自水的質(zhì)子，為質(zhì)子電池提供環(huán)境，能源和潛在的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

“我們的最新進(jìn)展是邁向廉價(jià)，可持續(xù)質(zhì)子電池的關(guān)鍵一步，它可以幫助滿足我們未來的能源需求，而不會進(jìn)一步破壞我們已經(jīng)脆弱的環(huán)境，”安德魯斯說。

“隨著世界向固有變量的可再生能源發(fā)展，以減少溫室氣體排放和應(yīng)對氣候變化，電力儲存的需求將會非常龐大??。

“質(zhì)子電池是滿足這種巨大能量儲存需求的眾多潛在因素之一。用質(zhì)子為電池供電有可能比使用由恐慌資源制造的鋰離子更經(jīng)濟(jì)。

“碳是我們的質(zhì)子電池中使用的主要資源，與金屬儲氫合金和可充電鋰離子電池所需的鋰相比，價(jià)格昂貴且便宜。”

在充電期間，電極中的碳與借助于來自電源的電子分裂水而產(chǎn)生的質(zhì)子結(jié)合。質(zhì)子再次釋放并通過可逆燃料電池返回以與空氣中的氧氣形成水以產(chǎn)生電力。與化石燃料不同，碳不會燃燒或在此過程中引起排放。

“未來的工作現(xiàn)在將集中在通過使用原子級薄層碳基材料(如石墨烯)來進(jìn)一步提高性能和能量密度，質(zhì)子電池的目標(biāo)是真正具有競爭力的鋰離子電池，”安德魯斯說。 。

RMIT對質(zhì)子電池的研究部分由澳大利亞國防科技集團(tuán)和美國海軍研究全球辦公室資助。

質(zhì)子電池如何工作

工作原型質(zhì)子電池結(jié)合了氫燃料電池和基于電池的電力的最佳方面。

最新版本將用于固態(tài)氫存儲的碳電極與可逆燃料電池相結(jié)合，以提供集成的可充電單元。

在質(zhì)子電池中成功使用由活性炭制成的電極是向前邁出的重要一步，并在國際氫能源雜志上報(bào)道。

在充電期間，通過可逆燃料電池中的水分解產(chǎn)生的質(zhì)子通過細(xì)胞膜傳導(dǎo)，并借助于由施加的電壓供應(yīng)的電子直接與存儲材料結(jié)合，而不形成氫氣。

在供電模式下，這個(gè)過程是相反的; 氫原子從儲存中釋放出來并再次失去電子成為質(zhì)子。然后這些質(zhì)子通過細(xì)胞膜返回，在那里它們與來自外部電路的氧和電子結(jié)合，重新形成水。

質(zhì)子電池的主要潛在優(yōu)勢是比傳統(tǒng)氫氣系統(tǒng)高得多的能量效率，使其可與鋰離子電池相媲美。消除了與氫氣釋放和分裂成質(zhì)子相關(guān)的損失。

幾年前，RMIT團(tuán)隊(duì)表明，帶有金屬合金電極的質(zhì)子電池可用于儲存氫氣，但其可逆性和可再充電性太低。所用的合金也含有稀土元素，因此重且昂貴。

最新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由酚醛樹脂制成的多孔活性炭電極能夠在電極中儲存約1wt%的氫。這是一種已經(jīng)與市售鋰離子電池相當(dāng)?shù)膯挝毁|(zhì)量能量，即使質(zhì)子電池還遠(yuǎn)未得到優(yōu)化。最大電池電壓為1.2伏。