研究人员首次展示了可充电的“质子电池”

2019-10-15 17:55:39

澳大利亚墨尔本皇家墨尔本理工大学的研究人员首次展示了可充电的“质子电池”,该电池可以重新连接我们为房屋,车辆和设备供电的方式。

可再充电电池是环境友好的,并且随着进一步发展,与当前可用的锂离子电池相比,具有存储更多能量的潜力。质子电池的潜在应用包括太阳能光伏板的家用电力存储,目前特斯拉使用锂离子电池的“动力墙”已完成了这一工作。

经过一些修改和扩大规模后,质子电池技术也可以用于电网的中等规模存储(例如南澳大利亚的巨型锂电池)以及为电动汽车供电。

运转中的原型质子电池使用碳电极作为储氢装置,再加上可逆燃料电池来发电。

首席研究员约翰·安德鲁斯(John Andrews)教授说,碳电极和水中的质子使质子电池具有环境,能源和潜在的经济优势。

安德鲁斯说:“我们的最新进展是向廉价,可持续的质子电池迈出的关键一步,该电池可以帮助满足我们未来的能源需求,而又不会进一步损害我们已经脆弱的环境。”

“随着世界转向固有可变的可再生能源以减少温室气体排放并应对气候变化,对电能存储的需求将是巨大的。

“质子电池是满足这一巨大储能需求的众多潜在贡献者之一。用质子驱动电池比使用由稀有资源制成的锂离子电池更经济。

“碳是我们质子电池的主要资源,与金属氢存储合金和可再充电锂离子电池所需的锂相比,它既丰富又便宜。”

在充电过程中,电极中的碳与质子结合在一起,这些质子是借助来自电源的电子将水分解而产生的。质子再次释放,并通过可逆燃料电池返回,与空气中的氧气形成水以发电。与化石燃料不同,碳不会在燃烧过程中燃烧或引起排放。

研究人员的实验表明,他们的小型质子电池的有效内部表面积仅为5.5平方厘米(小于20美分硬币),已经能够像商用锂离子电池一样存储每单位质量的能量。这是在优化电池之前。

安德鲁斯说:“今后的工作将集中在通过使用原子薄层状的碳基材料(例如石墨烯)进一步提高性能和能量密度,目标是使质子电池与锂离子电池真正竞争,” 。

RMIT对质子电池的研究已部分由澳大利亚国防科技集团和美国海军研究全球办公室资助。

质子电池的工作原理

能够工作的原型质子电池结合了氢燃料电池和基于电池的电能的最佳方面。

最新版本将用于固态存储氢的碳电极与可逆燃料电池结合在一起,以提供集成的可充电单元。

在质子电池中成功使用活性炭制成的电极是向前迈出的重要一步,国际氢能杂志对此进行了报道。

在充电过程中,通过可逆燃料电池中的水分解产生的质子穿过细胞膜传导,并借助于施加的电压提供的电子直接与存储材料结合,而不会形成氢气。

在供电模式下,此过程相反。氢原子从存储中释放出来,失去电子,再次变成质子。这些质子然后通过细胞膜返回,在那里它们与来自外部电路的氧气和电子结合以重新形成水。

质子电池的主要潜在优势是其能量效率比常规氢系统高得多,使其可与锂离子电池媲美。消除了与氢气释放和分裂成质子相关的损失。

几年前,RMIT团队表明,带有金属合金电极的氢存储质子电池可以工作,但是其可逆性和可充电性太低。另外,所使用的合金包含稀土元素,因此较重且昂贵。

最新的实验结果表明,由酚醛树脂制成的多孔活性炭电极能够在电极中存储约1 wt%的氢。即使质子电池远未优化,这是每单位质量的能量已经可以与市售锂离子电池相媲美。最大电池电压为1.2伏。

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