科學(xué)家們開發(fā)出了一種安全、經(jīng)濟(jì)的水性可充電電池，解決了目前儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)中使用的鋰離子電池的局限性。他們的創(chuàng)新在于一種由二氧化錳和鈀組成的復(fù)合催化劑，它能將危險(xiǎn)的氫氣轉(zhuǎn)化為水，同時(shí)保證安全性和性能。這一突破為這些電池在 ESS 和其他行業(yè)的商業(yè)化打開了大門，為現(xiàn)有技術(shù)提供了一種更經(jīng)濟(jì)、更安全的替代方案。
今年夏天，地球正在經(jīng)歷極端天氣模式，包括嚴(yán)重的熱浪和強(qiáng)降雨。在這個(gè)充滿挑戰(zhàn)的時(shí)期，采用可再生能源和加強(qiáng)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施作為保護(hù)地球的一項(xiàng)戰(zhàn)略比以往任何時(shí)候都更為緊迫。然而，由于可再生能源發(fā)電的不可預(yù)測(cè)性，這種方法面臨著巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗蕾囉诓淮_定的變量，如不穩(wěn)定的天氣條件。
因此，對(duì)可在需要時(shí)儲(chǔ)存和供應(yīng)電力的儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)的需求與日俱增，但目前在ESS中使用的鋰離子電池(LIB)不僅價(jià)格昂貴，而且容易引發(fā)火災(zāi)，因此迫切需要開發(fā)更便宜、更安全的替代品。
一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)能夠安全地將氫氣轉(zhuǎn)化為水，提高了電池的安全性。這一進(jìn)步為更經(jīng)濟(jì)、更安全的水性可充電電池的商業(yè)化鋪平了道路。
水充電電池中氫氣產(chǎn)生和在電池內(nèi)部不斷積累的原因。資料來源：韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院
水性充電電池的研究進(jìn)展
韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院(KIST)儲(chǔ)能研究中心的 Oh, Si Hyoung 博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)出了一種高度安全的水性可充電電池，可及時(shí)提供符合成本和安全需求的替代品。
盡管可實(shí)現(xiàn)的能量密度較低，但水性可充電電池具有顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠湓牧铣杀颈?LIB 低得多。然而，寄生水分解產(chǎn)生的氫氣會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部壓力逐漸升高，并最終耗盡電解液，這對(duì)電池的安全性構(gòu)成了巨大威脅，給商業(yè)化帶來了困難。
通過水再生法確保水性充電電池安全的擬議戰(zhàn)略。資料來源：韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院
克服電池技術(shù)中的安全挑戰(zhàn)
迄今為止，研究人員經(jīng)常試圖通過安裝表面保護(hù)層來規(guī)避這一問題，以盡量減少金屬陽極與電解液之間的接觸面積。然而，在大多數(shù)情況下，金屬陽極的腐蝕和伴隨而來的電解液中水的分解是不可避免的，氫氣的不斷積累會(huì)在長(zhǎng)期運(yùn)行中造成潛在的爆炸。
復(fù)合催化劑在激活水再生化學(xué)反應(yīng)中的作用。資料來源：韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院
為了解決這一關(guān)鍵問題，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種由二氧化錳和鈀組成的復(fù)合催化劑，它能夠自動(dòng)將電池內(nèi)部產(chǎn)生的氫氣轉(zhuǎn)化為水，從而確保電池的性能和安全性。
在正常情況下，二氧化錳不會(huì)與氫氣發(fā)生反應(yīng)，但加入少量鈀后，氫氣很容易被催化劑吸收，并再生為水。在裝載了新開發(fā)的催化劑的原型電池中，電池的內(nèi)部壓力保持在遠(yuǎn)低于安全限值的水平，而且沒有觀察到電解質(zhì)耗竭的現(xiàn)象。
對(duì)未來能源存儲(chǔ)的影響
這項(xiàng)研究成果有效地解決了水電池中最令人擔(dān)憂的安全問題之一，為未來 ESS 的商業(yè)應(yīng)用邁出了一大步。用更便宜、更安全的水電池取代鋰電池，甚至?xí)l(fā)全球ESS市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)。
韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院的 Oh, Si Hyoung 博士說："這項(xiàng)技術(shù)基于內(nèi)置的主動(dòng)安全機(jī)制，為水性可充電電池量身定制安全策略，通過該機(jī)制自動(dòng)控制風(fēng)險(xiǎn)因素。此外，它還可應(yīng)用于氫氣泄漏是主要安全問題之一的各種工業(yè)設(shè)施(如氫氣站、核電站等)，以保護(hù)公眾安全。"
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