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液态金属电池研究取得新突破

作者:中国储能网新闻中心 来源:锂粉制备技术 发布时间:2016-10-28 浏览:
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中国储能网讯:说的液态金属,恐怕大家最熟悉的还是《终结者2》中的液态金属机器人T-1000,T-1000具有液态金属材质,能够根据控制指令随意变换形态,这给我们留下了深刻的印象,在现实中液态金属可没有电影中的那么智能和炫酷,它更多的是作为一种功能性材料出现。今天要给大家介绍的是一款具有液态金属电极的新型储能电池。液态金属电池是从可充电液态熔盐电池发展而来,随着太阳能发电和风能发电的大规模建设,对分布式储能电站的需求越来越大。自1960年代开始,由于低成本和长寿命,可充电液态熔盐电池的研究就得到了重视。发展到现在,Na-S液态金属电池(NAS)已经商业化应用,在全世界范围内有超过200项的工程应用,但是由于该电池需要使用Na离子选择性薄膜β-Al2O3,β-Al2O3是一种脆性材料,极容易产生裂纹,会导致电极材料之间发生严重的副反应,导致电池起火。2011年,安装在日本三菱材料公司筑波工厂的NAS电池就因为隔膜裂缝发生了严重的起火事件。

图片来源见参考文献

为了改善NAS电池的安全性,后来人们由开发出了ZEBRA电池,但是由于仍然需要使用β-Al2O3作为隔膜,限制了电池的电流密度的提高。直到2009年Sadoway教授的研究团队才开发出了一款新型的液态金属熔盐电池,该电池基于正负极和电解液不同的密度自然分成三层,从而不需要使用隔膜,提高了电池的安全性和电池大电流放电能力。但是该电池的工作电压过低,早期产品工作电压不足1V,改进型的产品也仅0.8V左右,无法商业化应用。

近日,挪威科技大学的Junli Xu对这种新型的液态金属电池进行了改进,采用液态的Na作为负极,漂浮在电池的上层,液态Zn作为正极,沉于电池的底部,以NaCl-CaCl2-ZnCl2熔盐作为电解液,处在正负极中间。由于不需要采用隔膜,该电池电阻更低,电压衰降更少,电流密度更大。该电池的放电平台范围为1.4-1.8V,更为重要的是该电池可以在高电流密度下进行放电,在100mAh/cm2的电流密度下,该电池的放电电压仍然高于1.1V,在200mAh/cm2的电流密度下,电压高于0.8V。

图片来源见参考文献

该电池包含一个石墨坩埚,一个氧化铝绝缘桶,孔隙率为300ppi氧化镁稳定氧化锆薄片,Mo金属电流导线,电解液采用NaCl: CaCl2 (50:50 mol %),熔点为500℃,电池的工作温度为560℃。首先,将锌放置于电池的底部,并加入相应数量的干燥NaCl: CaCl2盐,然后该电池被移入到管式炉中,加热到560℃,正极通过石墨引出,Mo线作为负极,将Mo线插入到熔盐中2cm。在充电的过程中,熔盐中的Na+还原成为Na金属负极,而Zn被氧化成为Zn2+,进入到熔盐中,放电过程则刚好相反。

该电池的成本约为4.3$/KWh,是一种低成本的储能电池,非常适合在风力发电厂和太阳能发电厂进行大规模的储能应用。该电池目前存在的较大的问题是工作过程需要高温,需要良好的保温措施。并且自放电较大,需要通过设计优化降低电池的自放电。小编认为该电池可以用作长期储存的备用电池,电池充满电后将电池降温,正负极和电解液均会凝固,从而避免了所有的副反应,可以长期稳定存储,在需要的时候加热就可以进行放电。

参考文献

Na-Zn liquid metal battery, Journal of Power Source, 332(2016), Junli Xu, et. al

原标题:锂离子电池新危机,液态金属可充电电池研究取得新突破

关键字:液态金属电池

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