質(zhì)子電池的潛在應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)榧彝ィ囕v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)濟優(yōu)勢。

“我們的最新進展是邁向廉價，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。

“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)來進一步提高性能和能量密度，質(zhì)子電池的目標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)子通過細胞膜傳導，并借助于由施加的電壓供應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團隊表明，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。

最新的實驗結(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?shù)膯挝毁|(zhì)量能量，即使質(zhì)子電池還遠未得到優(yōu)化。最大電池電壓為1.2伏。