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超高能量密度的锌碘流体电池或可用于汽车

发布时间:2019-08-15 17:22:11

  PNNL国家实验室开发了锌碘化合物流体电池。相比于用于新能源存储和电的下一代常规流体电池,其能量密度是后者的两倍多。

  在实验室测试证中,锌碘电池放电量为每升电解液167瓦时,相比之下,锌溴流体电池的放电量为70瓦时,钒流体电池的放电量为15至25瓦时。开发人员计算,他们的新电池在理论上能实现更高的放电量,达到 22瓦时/升电解液,但是前提是电解液的溶质量要继续增加才行。研究论文发表于Nature Communications期刊。

  和其他流体电池一样,锌碘电池也由阴阳极各自的电解液存储容器和中间的电解液混合容器组成。当电池没电时,两个储液容器内的电解液成分相同,都带有Zn2 锌离子和I-碘离子。

  当电池充满电时,其中一个储液容器内增加一种I -多碘离子。当电池放电时,两种电解液被泵入中间的反应容器内。在每个电池单元中,锌离子越过选择透过性薄膜,转变为金属锌,附着在电池的负极一侧。这一过程将电解液中的化学能转化为了电能。

  为了证实这一新概念电池的可行性,实验人员在实验室制造了小型的电池样品。他们混合了电解液,分离了黑色的锌碘溶液和无色的锌碘溶液,分别装在两个小瓶子中模拟电池组中的储液容器。小瓶子之间用泵和管道相连。

  他们将这个12瓦时容量的电池样品投入一系列测试中,以确定锌离子和碘离子对电池容量的影响。试验结果表示,这块电池样品的量比现在常用的锌溴电池、钒电池等流体电池高出很多。相比锂离子硫化物电池,其容量仍然高出70%。

  安全性出色

  另外,PNNL实验室的锌碘电池更加安全,因为电解液不是其他流体电池中常用的酸性液体,而是基于水的。所以它几乎无法点燃,也无需防腐蚀材料。

  这种锌碘电池的另一优点就是适应极端气候,华氏-4到122度下都可正常工作。其他电池的工作温度范围很小,需要额外的加热和冷却系统,增加了电池的用电量。

  然而它也有缺点,那就是不断在阴极长大的金属锌沉淀,最后有可能变大直到和膜片接触。研究小组希望通过在电解液中加入酒精的方法将金属锌沉积的问题解决。

  锌金属在阴极的沉积是阻碍它实现量产的最大问题。研究人员还会试验不同种类酒精溶液和其他添加剂,继续尝试。为了接下来的试验,他们还将制造更大尺寸100瓦时的电池样品。

  他们说: 大容量锌碘电池的另一个意料之外的好处就是未来可能用于驱动交通工具,如火车和汽车。

  在研究过程中,科研人员使用了PNNL国家实验室下属的EMSL环境分子科学实验室,中间采用了多种先进仪器,观测化学反应过程,如核磁共振、拉曼光谱、质量光谱等。试验经费来自能源部旗下的能源可靠性、电能输送办公室的资助。

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