佐治亚理工学院的研究团队开发了一种更紧凑的液流电池电池配置,将电池的尺寸减小了75%,并相应地降低了整个液流电池的尺寸和成本。这项工作可能会彻底改变从大型商业建筑到住宅的供电方式。
液流电池得名于发生电子交换的液流电池。他们的传统设计,平面电池,需要笨重的流量分配器和垫圈,增加尺寸和成本,但降低了整体性能。电池本身也很昂贵。为了减少占地面积和成本,研究人员专注于提高流体电池的体积功率密度(W/L-of-cell)。
他们转向了化学分离中常用的一种结构——亚毫米的束状微管(SBMT)膜——由一种被称为中空纤维的纤维状过滤膜制成。这种创新具有节省空间的设计,可以减轻离子通过的膜的压力,而不需要额外的支撑基础设施。
研究人员说:“我们对电池隔膜几何形状对液流电池性能的影响很感兴趣。我们意识到中空纤维在分离膜上的优势,并开始在电池领域实现这些优势。”
应用这一概念,研究人员开发了一种SBMT,可将膜到膜的距离缩短近100倍。设计中的微管膜同时作为电解质分配器,不需要大型支撑材料。捆绑的微管使电极和膜之间的距离更短,从而增加了体积功率密度。这种捆绑设计是最大化液流电池潜力的关键发现。
为了验证他们的新电池配置,研究人员使用了四种不同的化学物质:钒、溴化锌、溴化醌和碘化锌。他们发现,碘化锌是能量密度最高的选择,因此对住宅单元最有效。与锂相比,碘化锌具有许多优势:它的供应链问题较少,还可以转化为氧化锌并溶于酸,使其更容易回收。
这种独特形状的液流电池的电化学解决方案被证明比传统的平面电池更强大。
使用碘化锌化学,电池可以运行超过220小时,或在非高峰条件下循环2500次。通过使用回收电解质,它还可能将成本从每千瓦时800美元降低到不到200美元。
研究人员已经在致力于商业化,专注于开发具有钒等不同化学成分的电池,并扩大其尺寸。缩放将需要提出一个自动化的过程来制造中空纤维模块,这现在是一根一根地手动完成的。他们最终希望将电池部署在佐治亚理工学院位于科技广场的1.4兆瓦微电网中,该项目测试微电网与电网的集成,并为教授和学生提供生活实验室。