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研究人員研發無陽極鋅基電池 鋅基電池有望大規模商業化嗎?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年12月16日  

風能和太陽能等可再生能源可以幫助減少世界對化石燃料的依賴。但是首先,電力公司需要一種安全,經濟高效的方式來存儲能量以備后用。大型鋰離子電池可以勝任這項工作,但是它們存在安全問題和鋰供應有限的問題。現在,研究人員在ACS的《NanoLetters》中進行了報道,他們已經制作了無陽極,鋅基電池的原型,該電池使用了低成本,自然豐富的材料。


鋅基水性電池由于其安全性和高能量密度,曾被用于網格規模的能量存儲。另外,用于制造它們的材料自然豐富。然而,迄今為止開發的可再充電鋅電池需要厚的鋅金屬陽極,其包含大量過量的鋅,這增加了成本。另外,陽極容易形成樹枝狀晶體(鋅金屬在充電過程中沉積在陽極上的晶體突起),可能會使電池短路。朱云培,崔翠和HusamAlshareef懷疑是否真的需要鋅陽極。研究人員從先前對“無陽極”鋰和鈉金屬電池的探索中汲取了靈感,決定制造一種電池,其中富鋅陰極是在銅集流體上唯一鍍鋅的來源。


研究人員在電池中使用了二氧化錳陰極,該陰極預先嵌入了鋅離子,三氟甲磺酸鋅水溶液和銅箔集電器。在充電過程中,鋅金屬會鍍在銅箔上,而在放電過程中,金屬會被剝離,釋放出為電池供電的電子。為了防止形成樹枝狀晶體,研究人員在銅集流體上涂了一層碳納米圓盤。該層促進了均勻的鍍鋅,從而防止了枝晶,并提高了鍍鋅和剝離的效率。該電池顯示出高效率,能量密度和穩定性,在80次充放電循環后仍保持其存儲容量的62.8%。研究人員說,無陽極電池設計為在儲能系統中使用水性鋅基電池開辟了新的方向。


鋰離子電池于1991年首次商業化,其應用范圍從電子產品到車輛。隨著公用事業轉向可再生能源發電,當太陽能或風能中斷時,它們是自然的選擇。


同時,直到大約兩年前,充電率較低的鋅基電池仍限于微型助聽器。那時工程師們首次發現如何使它們在商業規模上可充電。自那時以來,包括Zinc8,NantEnergyInc.和e-ZnInc.在內的公司一直將目標鎖定為公用事業用途,他們可以在一整天內累積能源,并在晚上利用能源。


國際鋅協會執行理事安德魯·格林(AndrewGreen)表示:“毫無疑問,鋰和鉛酸電池目前在能源存儲市場上占主導地位。”


1月份,Zinc8與紐約州電力管理局簽訂了一份為期三年的合同,以開發一個示范項目,該項目可以為市政大樓或大學校園內的大樓提供備用電源8小時,每臺的成本約為250美元。千瓦時。


Zinc8電池在左側的區域收集來自電網或可再生能源的能量,在中央區域存儲通電的鋅顆粒,并在右側添加氧氣以根據需要產生備用電源。


麥克唐納在接受采訪時說,這家總部位于溫哥華的公司正在為該項目尋找合適大小的地點,很可能在紐約西部。他說,一旦完成,該系統可能會在2022年啟動并運行。


電力部門設定了一個目標,即到2030年在全州實現3吉瓦的儲能,以支持庫莫的“綠色新政”。根據MacDonald的說法,公司的目標是:“在可以有效添加電池的不同場景中進行測試,以用于不同類型的電網。”


他說,紐約項目為Zinc8將其技術應用于更廣泛的公用事業市場打開了大門。


鋅電池背后的想法并不新鮮。它們長期以來一直用于助聽器,因為它們既輕巧又安全。但是有些市場仍然無法突破:例如,鋅基電池仍無法快速補充至足以用于電動汽車市場。


像其他電池一樣,鋅-空氣系統通過化學反應發電。但是,它們不是將所有反應物都放在電池內,而是通過微小的孔從外部吸入氧氣。然后,氧氣與多孔鋅內部的分子發生反應,生成自由電子,自由電子通過電路傳播到外部接觸點。


與鋰離子系統相比,使用外部氧氣使電池更不易燃。NantEnergy技術副總裁法比奧·阿爾巴諾(FabioAlbano)表示,使用鋰電池時,氧氣被鎖在電池內部,因此即使您用濕毯覆蓋,火也能繼續燃燒。


同時,不涉及有毒元素。鋰如果處理不當,會腐蝕眼睛,皮膚和呼吸道。鋅相對便宜:根據BenchmarkMineralIntelligence的數據,上個月鋰的交易價格約為每噸8,500美元。倫敦金屬交易所(LME)三個月期鋅基準周五下跌1.3%,收于每噸1,984美元。


據彭博社(BloombergNEF)儲能分析師詹姆斯·弗里斯(JamesFrith)稱,固定儲能市場正在發揮作用,預計從現在的23年,未來十年將在全球增長到155吉瓦時。Frith還認為,包括電池,安裝和設備成本在內的市場價值將在十年內達到300億美元。


總部位于亞利桑那州的NantEnergy已經在馬達加斯加擁有了一個可運行的太陽能存儲微電網,其中一半以上的資金來自美國貿易發展署的80萬美元贈款。它還與印度尼西亞成立了合資企業,為偏遠村莊的微電網提供能量存儲。


阿爾巴諾在電話中說,由于微電網位于偏遠地區,為通訊和基本服務提供了動力,因此缺乏可燃性尤其吸引人。


同時,總部位于多倫多的e-Zn最近從加拿大政府那里獲得了430萬美元的贈款,用于在加拿大開發項目。首先是為多倫多以外的制造工廠提供電力,其持續能力為48小時。


電子鋅首席執行官詹姆斯·拉森(JamesLarsen)認為,鋅比鋰基電池更具優勢。


拉森在電話中說:“對我來說有吸引力的是,它是一種真正的全球資源,幾乎可以在任何地方找到它。我們從歐佩克那里汲取了教訓,一些國家控制著非常重要的資源。我們正在采用鋰離子電池。”


根據美國地質調查局的數據,2019年全球鋅產量達到1300萬噸,儲量約為2.5億噸。相比之下,生產了約77,000噸鋰。鋰儲量估計約為1700萬噸。


彭博社(BloombergNEF)的弗里斯(Frith)說,盡管鋅基電池有許多障礙需要克服,但公用事業需要通過試點項目來使其更加熟悉,這樣才能使他們有信心建立更多的項目。


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