Полутвердый проточный аккумулятор
Полутвердая проточная батарея — это тип проточной батареи, в которой используются твердые активные материалы батареи или твердые частицы в жидкости, несущей энергию. Исследовательская группа Массачусетского технологического института предложила эту концепцию, используя материалы для литий-ионных аккумуляторов . [ 2 ] В такой системе как положительный (катод), так и отрицательный электрод (анод) состоят из частиц активного материала с углеродной сажей, взвешенных в жидком электролите. Суспензии активного материала хранятся в двух резервуарах для хранения энергии. Суспензии закачиваются в электрохимическую реакционную ячейку при зарядке и разрядке. Эта конструкция использует преимущества как гибкости проектирования проточных батарей, так и активных материалов с высокой плотностью энергии литий-ионных батарей .
Режим потока и химический состав
[ редактировать ]Были исследованы два различных режима потока: режим прерывистого потока и режим непрерывного потока. В режиме прерывистого потока суспензии закачиваются в электрохимическую реакционную ячейку порционно, а новая партия закачивается только после полной зарядки/разрядки предыдущей партии. Однако в режиме непрерывного потока суспензии непрерывно прокачиваются через электрохимическую реакционную ячейку во время процесса зарядки/разрядки. Используя активные материалы литий-ионных аккумуляторов плотность энергии системы проточных аккумуляторов , можно значительно улучшить . Помимо органической была продемонстрирована также водная система. [ 3 ] Для этой системы также были исследованы другие химические элементы, такие как натрий-ионная батарея , литий-серная батарея и другие.
Системные разработки
[ редактировать ]Твердодисперсионный проточный аккумулятор
[ редактировать ]Несмотря на значительное преимущество такой системы, одним из ключевых ограничений является высокая вязкость, из-за которой расход энергии на перекачку очень высок, что снижает энергоэффективность. Другая исследовательская группа из Университета Вирджинии сообщила о системе безуглеродных проточных батарей. [ 5 ] В этой новой системе, также называемой батареей с твердым дисперсионным потоком , был обнаружен новый механизм реакции, в котором электрохимические реакции происходят на основе столкновений частиц. [ 6 ]
Другой подход заключается в перекачивании только жидкой фазы, оставляя твердые активные материалы в резервуарах для хранения энергии. Исследовательская группа сообщила о окислительно-восстановительном потенциале проточной батареи. [ 8 ] В электролите растворены материалы, нацеленные на окислительно-восстановительный потенциал, и между растворенными веществами происходят электрохимические реакции. Затем твердые материалы подвергаются химическому окислению или восстановлению. При хранении твердых материалов в резервуарах перекачивается только жидкий электролит. Это экономит энергию накачки, хотя КПД по напряжению приносится в жертву. [ 9 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (июль 2017 г.). «Обзорная статья: Проточные аккумуляторные системы с твердыми электроактивными материалами» . Журнал вакуумной науки и технологий B, Нанотехнологии и микроэлектроника: материалы, обработка, измерения и явления . 35 (4): 040801. Бибкод : 2017JVSTB..35d0801Q . дои : 10.1116/1.4983210 . ISSN 2166-2746 .
- ^ Дудута, Михай; Хо, Брайан; Вуд, Ванесса С .; Лимтонгкул, Пимпа; Брунини, Виктор Э.; Картер, В. Крейг; Чан, Йет-Мин (20 мая 2011 г.). «Полутвердая литиевая проточная аккумуляторная батарея». Передовые энергетические материалы . 1 (4): 511–516. Бибкод : 2011AdEnM...1..511D . дои : 10.1002/aenm.201100152 . ISSN 1614-6832 . S2CID 97634258 .
- ^ Ли, Чжэн; Смит, Кайл С.; Донг, Яцзе; Барам, Нир; Фан, Фрэнк Ю.; Се, Цзин; Лимтонгкул, Пимпа; Картер, В. Крейг; Чан, Йет-Мин (2013). «Водная полутвердая проточная ячейка: демонстрация и анализ». Физическая химия Химическая физика . 15 (38): 15833–9. Бибкод : 2013PCCP...1515833L . дои : 10.1039/C3CP53428F . ISSN 1463-9076 . ПМИД 23995625 .
- ^ Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (июль 2017 г.). «Обзорная статья: Проточные аккумуляторные системы с твердыми электроактивными материалами» . Журнал вакуумной науки и технологий B, Нанотехнологии и микроэлектроника: материалы, обработка, измерения и явления . 35 (4): 040801. Бибкод : 2017JVSTB..35d0801Q . дои : 10.1116/1.4983210 . ISSN 2166-2746 .
- ^ Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (15 августа 2016 г.). «Безуглеродистая литий-ионная твердодисперсная окислительно-восстановительная пара с низкой вязкостью для проточных окислительно-восстановительных батарей» . Журнал источников энергии . 323 : 97–106. Бибкод : 2016JPS...323...97Q . дои : 10.1016/j.jpowsour.2016.05.033 . ISSN 0378-7753 .
- ^ Ци, Чжаосян; Донг, Хунсюй; Кениг, Гэри М. (01 ноября 2017 г.). «Электрохимическая характеристика катодных материалов литий-ионных аккумуляторов с водными текучими дисперсиями» . Электрохимика Акта . 253 : 163–170. дои : 10.1016/j.electacta.2017.09.031 . ISSN 0013-4686 .
- ^ Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (июль 2017 г.). «Обзорная статья: Проточные аккумуляторные системы с твердыми электроактивными материалами» . Журнал вакуумной науки и технологий B, Нанотехнологии и микроэлектроника: материалы, обработка, измерения и явления . 35 (4): 040801. Бибкод : 2017JVSTB..35d0801Q . дои : 10.1116/1.4983210 . ISSN 2166-2746 .
- ^ Хуан, Цижао; Ян, Цзин; Нг, Чи Бун; Цзя, Чуанкунь; Ван, Цин (2016). «Литиевая батарея окислительно-восстановительного потока, основанная на окислительно-восстановительных реакциях между LiFePO4 и йодидом» . Энергетика и экология . 9 (3): 917–921. дои : 10.1039/C5EE03764F . ISSN 1754-5692 .
- ^ Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (июль 2017 г.). «Обзорная статья: Проточные аккумуляторные системы с твердыми электроактивными материалами» . Журнал вакуумной науки и технологий B, Нанотехнологии и микроэлектроника: материалы, обработка, измерения и явления . 35 (4): 040801. Бибкод : 2017JVSTB..35d0801Q . дои : 10.1116/1.4983210 . ISSN 2166-2746 .