Полутвердый проточный аккумулятор - Semi-solid flow battery

Полутвердый проточный аккумулятор
Схематическое изображение типичной конструкции полутвердой проточной батареи.[1]

А полутвердый проточный аккумулятор это тип проточная батарея с использованием активных материалов твердых аккумуляторов или с участием твердых частиц в энергоносителе. Группа исследователей из Массачусетского технологического института предложила эту концепцию, используя литий-ионный аккумулятор материалы.[2] В такой системе как положительный (катод), так и отрицательный электрод (анод) состоят из частиц активного материала с сажей, взвешенной в жидком электролите. Суспензии активного материала хранятся в двух резервуарах для хранения энергии. Суспензии закачиваются в ячейку электрохимической реакции при зарядке и разрядке. Эта конструкция использует преимущества как гибкости проектирования проточных батарей, так и активных материалов с высокой плотностью энергии. литий-ионные батареи.

Режим потока и химический состав

Были исследованы два различных режима потока: режим прерывистого потока и режим непрерывного потока. В режиме прерывистого потока суспензии закачиваются в ячейку для электрохимической реакции порциями, а новая партия закачивается только после того, как предыдущая партия была полностью заряжена / разряжена. Однако в режиме непрерывного потока суспензии непрерывно прокачиваются через ячейку электрохимической реакции во время процесса заряда / разряда. Используя литий-ионный аккумулятор активные материалы, плотность энергии проточная батарея система может быть значительно улучшена. Кроме органической была продемонстрирована водная система.[3] Для этой системы также были исследованы другие химические составы, такие как натриево-ионный аккумулятор, литий-серная батарея, и другие.

Иллюстрация типичной безуглеродной полутвердой проточной батареи или твердодисперсной проточной батареи[4]

Системные разработки

Батарея с твердой дисперсией

Несмотря на значительное преимущество такой системы, одним из ключевых ограничений была высокая вязкость, из-за которой потребление энергии для перекачивания было очень высоким и, следовательно, энергоэффективность была снижена. Другая группа исследователей из Университета Вирджинии сообщила о безуглеродной проточной аккумуляторной системе.[5] В этой новой системе, также называемой Батарея с твердой дисперсией был открыт новый механизм реакции с электрохимическими реакциями, происходящими на основе столкновений частиц.[6]

Батарея для измерения окислительно-восстановительного потенциала

Батарея для измерения окислительно-восстановительного потенциала
Иллюстрация типичной проточной батареи для нацеливания окислительно-восстановительного потенциала[7]

Другой подход - перекачивать только жидкую фазу, оставляя твердые активные материалы в резервуарах для хранения энергии. Исследовательская группа сообщила, что батарея потока нацелена на окислительно-восстановительный потенциал.[8] В электролите растворены материалы, нацеленные на окислительно-восстановительный потенциал, и между растворенными частицами происходят электрохимические реакции. Затем твердые материалы химически окисляются или восстанавливаются. При хранении твердых материалов в баках перекачивается только жидкий электролит. Это экономит энергию накачки, хотя в жертву приносится эффективность напряжения.[9]

использованная литература

  1. ^ Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (июль 2017 г.). «Обзорная статья: проточные аккумуляторные системы с твердыми электроактивными материалами». Журнал Vacuum Science & Technology B, Нанотехнологии и микроэлектроника: материалы, обработка, измерения и явления. 35 (4): 040801. Дои:10.1116/1.4983210. ISSN  2166-2746.
  2. ^ Дудута, Михай; Хо, Брайан; Вуд, Ванесса С .; Лимтонгкул, Пимпа; Брунини, Виктор Э .; Картер, У. Крейг; Чан, Йет-Мин (20.05.2011). «Полутвердый литиевый перезаряжаемый проточный аккумулятор». Современные энергетические материалы. 1 (4): 511–516. Дои:10.1002 / aenm.201100152. ISSN  1614-6832.
  3. ^ Ли, Чжэн; Смит, Кайл С .; Донг, Яцзе; Барам, Нир; Fan, Frank Y .; Се, Цзин; Лимтонгкул, Пимпа; Картер, У. Крейг; Чан, Йет-Мин (2013). «Проточная ячейка для полутвердых водных растворов: демонстрация и анализ». Физическая химия Химическая физика. 15 (38): 15833–9. Bibcode:2013PCCP ... 1515833L. Дои:10.1039 / C3CP53428F. ISSN  1463-9076. PMID  23995625.
  4. ^ Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (июль 2017 г.). «Обзорная статья: проточные аккумуляторные системы с твердыми электроактивными материалами». Журнал Vacuum Science & Technology B, Нанотехнологии и микроэлектроника: материалы, обработка, измерения и явления. 35 (4): 040801. Дои:10.1116/1.4983210. ISSN  2166-2746.
  5. ^ Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (2016-08-15). «Безуглеродная литий-ионная твердо-дисперсионная окислительно-восстановительная пара с низкой вязкостью для проточных окислительно-восстановительных батарей». Журнал источников энергии. 323: 97–106. Bibcode:2016JPS ... 323 ... 97Q. Дои:10.1016 / j.jpowsour.2016.05.033. ISSN  0378-7753.
  6. ^ Ци, Чжаосян; Донг, Хунсю; Кениг, Гэри М. (2017-11-01). «Электрохимические характеристики катодных материалов литий-ионных аккумуляторов с водными текучими дисперсиями». Electrochimica Acta. 253: 163–170. Дои:10.1016 / j.electacta.2017.09.031. ISSN  0013-4686.
  7. ^ Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (июль 2017 г.). «Обзорная статья: проточные аккумуляторные системы с твердыми электроактивными материалами». Журнал Vacuum Science & Technology B, Нанотехнологии и микроэлектроника: материалы, обработка, измерения и явления. 35 (4): 040801. Дои:10.1116/1.4983210. ISSN  2166-2746.
  8. ^ Хуанг, Цичжао; Ян, Цзин; Нг, Чи Бун; Цзя, Чуанкун; Ван, Цин (2016). «Литиевая батарея с окислительно-восстановительным потоком, основанная на целевых окислительно-восстановительных реакциях между LiFePO4 и йодидом». Энергетика и экология. 9 (3): 917–921. Дои:10.1039 / C5EE03764F. ISSN  1754-5692.
  9. ^ 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. Дои:10.1116/1.4983210. ISSN  2166-2746.