新型膜推進(jìn)了低成本 電網(wǎng)規(guī)模的能量存儲

橡樹嶺國家實驗室的科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出一種關(guān)鍵部件，用于采用常見材料的新型低成本固定電池系統(tǒng)，專為電網(wǎng)規(guī)模的電力存儲而設(shè)計。

大型，經(jīng)濟(jì)的電力存儲系統(tǒng)可以通過多種方式使國家電網(wǎng)受益：在高峰和非高峰需求時間之間平衡負(fù)載; 停電期間供電; 從風(fēng)能和太陽能等波動源存儲電力; 并適應(yīng)電動汽車的極快速充電。

雖然使用鋰離子電池的固定式系統(tǒng)正在增加，但電網(wǎng)主要依靠水力發(fā)電設(shè)施進(jìn)行儲能。然而，鋰價格昂貴，主要來自美國以外的國家。

一些公用事業(yè)公司一直在測試氧化還原液流電池(RFB)系統(tǒng)，它是傳統(tǒng)電池和燃料電池之間的交叉。RFB非常適合網(wǎng)格應(yīng)用，因為它們耐用，壽命長，易于擴(kuò)展，并且響應(yīng)時間快。然而，目前正在測試的大多數(shù)RFB依賴于水基(水)系統(tǒng)，這減少了可以存儲的電量 - 也稱為能量密度。

非水流動電池使用普通的低成本材料代替水，并且可以以較小的體積存儲更大的功率，這是電池科學(xué)家的首要任務(wù)。其中一個絆腳石是開發(fā)一種合適的膜來分離電池中的正電解質(zhì)和負(fù)電解質(zhì)，同時允許離子的轉(zhuǎn)移。

ORNL科學(xué)家現(xiàn)已開發(fā)出一種用于鈉基非水性RFB的膜，其能夠使水基RFB中常見的能量密度增加一倍或三倍。這項工作由能源部電力辦公室及其儲能計劃資助，并由ORNL的實驗室指導(dǎo)資金資助。

該膜由普通的低成本聚合物聚環(huán)氧乙烷(PEO)制成。通過添加增塑劑：四甘醇二甲醚，其導(dǎo)電性提高了100倍。然而，該共混物也降低了膜的機(jī)械強(qiáng)度。為了抵消這種影響，科學(xué)家將PEO與羧甲基纖維素混合 - 羧甲基纖維素是另一種常用的安全材料，通常用作食品工業(yè)中的增稠劑。所有三種物質(zhì)的組合產(chǎn)生非常耐用的膜，預(yù)期其在高能電池中良好地起作用。

“非水氧化還原系統(tǒng)在高電壓下工作，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的能量密度。但關(guān)鍵是要獲得高能量密度而不會造成任何成本損失，”該項目在ORNL材料科學(xué)與技術(shù)部門的首席研究員Jagjit Nanda說。

能源和運(yùn)輸科學(xué)部門的合作者Rose Ruther說：“這真的是關(guān)于系統(tǒng)的化學(xué)性質(zhì)，并了解它們?nèi)绾温?lián)系在一起，以及為什么我們的膜電導(dǎo)率得到了很大的提升。”

該研究在最近發(fā)表在ACS Energy Letters上的期刊論文“用于非水氧化還原液流電池的低成本，機(jī)械強(qiáng)度高，鈉離子導(dǎo)電膜”中有詳細(xì)介紹。

“ 為電網(wǎng)找到能量存儲解決方案是一個巨大的推動力。大型儲能系統(tǒng)可能是一個非常昂貴的主張，”Ruther說。“成本隨尺寸而變化，因此，如果我們能夠增加能量密度，那么可以節(jié)省大量成本。”

Nanda表示，“圣杯系統(tǒng)不會使用稀缺，昂貴的資源，并且以比現(xiàn)有電池技術(shù)更低的成本具有更高的商業(yè)化潛力”。“系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)是隔膜，我們已經(jīng)通過這種新的低成本原型在解決這個問題方面取得了進(jìn)展。”

該項目的下一步是進(jìn)一步開發(fā)膜，使其更具選擇性，以防止抗衡離子的交叉，并提高其機(jī)械靈活性和堅固性。