钜大LARGE | 点击量：877次 | 2021年09月30日
寻找低成本的大规模并网储能电池
用铜代替普鲁士蓝中一半的铁，所出现的化合物制成结晶纳米粒子，再把这些粒子涂到布状碳基质上，就制成新型电极，然后再把这种电极浸在硝酸钾电解质溶液中。
能源公用事业公司在越来越多地寻找一些电池，以有助于稳定电网。因为可以快速存储，供应充电，这些电池就可以消除供需波动，有助于纳入多变的电力来源，如风能和太阳能。然而，现有的电池技术不是过于昂贵，就是不能使用足够的充电周期，难以实用。
电池测试：浸入硝酸钾电解液的电极，制备时采用铜和铁为基础的纳米材料，可带来低成本电池，用于并网储电。来源：麻省理工科技创业现在，斯坦福大学（StanfordUniversity）的研究人员已经演示了一种高效新型纳米材料的电池电极，持续40000个充电周期，不会明显丧失电荷存储容量。这项工作的领导是崔毅（YiCui），他是斯坦福大学材料科学与工程教授。崔毅说，这种电极是第一步，可制成新型低成本电池，适于存储大量电网电力。
崔毅的新电池化学反应，使用廉价丰富的材料。它依靠锂离子电池中使用的相同原理，在电极之间移动钠或钾离子，进行充电和放电，但它做得更便宜。要并网储电，电池就要很大，而且，使用钠和钾很有吸引力，因为它们是如此丰富而廉价，崔毅说。这些电池将使用水性电解液，更便宜也更容易使用，胜过锂离子电池使用的有机溶剂型电解质。
这种新的电极在一篇论文中做了说明，论文今天在线发表在《自然通讯》杂志，这种新电极也以常用材料为基础。研究人员首先要采用普鲁士蓝（PrussianBlue）颜料，就是一种铁和氰化物（cyanide）。他们用铜代替一半的铁，用所出现的化合物制成结晶纳米粒子，再把这些粒子涂到布状碳基质上。然后，他们把这种电极沉浸在硝酸钾（potassiumnitrate）电解质溶液中。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
这种电极在4万次充电周期后，可保持83％的充电容量，相比之下，铅酸蓄电池（lead-acidbatteries）只能使用几百个周期，而锂离子电池通常使用1000次。这种电极也呈现出99％的能量效率。你希望，充电时输入的电压和放电时输出的电压相同，崔毅说。比较其他任何电池材料，这绝对是最好的。
杰伊惠特克（JayWhitacre）是卡内基-梅隆大学（CarnegieMellonUniversity）材料科学与工程教授，也是钠离子电池新创公司阿奎恩能源公司（AquionEnergy）的创始人，这家公司在匹兹堡（Pittsburgh），他说，这种电极表现出良好的循环寿命，但指出，它们的充电容量是比较低的：每克材料60毫安时，相比之下，阿奎恩公司的锰氧化物（manganeseoxide）阴极达100毫安时。此外，他说，它是基于铜，现在，这实际上是相当昂贵的。
然而，大规模并网储电最重要的指标，是每次循环能量的单价，唐纳德沙德维（DonaldSadoway）说，他是麻省理工学院（MIT）材料科学与工程教授。在这方面，这种新材料具有数万次周期，比其他电池都有优势。最后，就归结到成本，他说。假如它们能供应这样的性能，成本大大低于钠硫（sodium-sulfur），那它们就成为优胜者了。
除了成本和循环寿命之外，往返能源效率有关电网储能也非常重要，这样，充电过程中就不会浪费能量，克里斯托弗约翰逊（ChristopherJohnson）说，他是阿贡国家实验室（ArgonneNationalLaboratory）电池研究员。虽然不了解新电极的成本，但是，它的效率和循环寿命令人印象深刻，他说。研究人员还要演示一种完整的电池单元，要有两个电极，但这可能会改变这些数字，约翰逊补充说。
迄今制成的电极都是用作阴极。崔毅说，他的小组正在调整这种材料的化学反应，以制备一种阳极，他们也在研制原型电池。
