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皇家墨爾本理工大學(xué)（RMIT）的工程師們表示，他們已經(jīng)將廉價(jià)、可充電、可回收的質(zhì)子流電池的能量密度提高了三倍，現(xiàn)在可以挑戰(zhàn)市售鋰離子電池245Wh/kg的比能量密度。
早在2014年，這個(gè)團(tuán)隊(duì)的設(shè)想就曾向外界展示——當(dāng)時(shí)公布了基于氫的質(zhì)子流電池的首個(gè)概念驗(yàn)證。從本質(zhì)上講，這是一種利用氫儲(chǔ)存能量的不同方式。質(zhì)子電池的工作原理有點(diǎn)像可逆燃料電池，在充電時(shí)接受水，分離出帶正電的氫離子并釋放氧氣。
此時(shí)，大多數(shù)氫氣系統(tǒng)會(huì)讓這些離子結(jié)合成氫氣，然后消耗能量將其壓縮、超冷液化或進(jìn)一步加工成氨。質(zhì)子電池則將氫質(zhì)子直接儲(chǔ)存在浸泡在稀酸中的多孔固體活性炭電極的孔中。電池放電時(shí)只需加入氧氣，能量就會(huì)隨著水的產(chǎn)生而釋放出來。
在他們最新的研究中，RMIT的研究人員研究了質(zhì)子電池如何工作的基本原理，并提出了一些改進(jìn)的想法。根據(jù)這篇論文，這些想法包括在電極制備之前對(duì)活性炭粉末進(jìn)行真空干燥，以去除材料中的水分，在操作期間將整個(gè)電池輕度加熱到70°C，并用更薄的GDL纖維片替換氧側(cè)氣體擴(kuò)散層（GDL）。
他們說，這樣做的好處是巨大的，單位重量的質(zhì)子電池儲(chǔ)存的能量幾乎是上一版本質(zhì)子電池的三倍，“比以前文獻(xiàn)報(bào)道的使用酸性電解質(zhì)的最高電化學(xué)儲(chǔ)氫量高出一倍多。密度為882焦耳/克，大致相當(dāng)于245Wh/kg，與目前市場(chǎng)上的優(yōu)質(zhì)商用鋰電池相當(dāng)”。
那么一旦質(zhì)子電池商業(yè)化，它會(huì)有什么優(yōu)勢(shì)呢？與高壓氣體、持續(xù)沸騰的低溫液體或腐蝕性極強(qiáng)的氨相比，質(zhì)子電池是一種非常安全穩(wěn)定的氫氣運(yùn)輸方式。它的壽命很長，充電也很快。
不僅如此，它的成本相對(duì)較低，因?yàn)椴恍枰嚮蛉魏纹渌∮薪饘伲铱梢允褂秘S富的材料和廉價(jià)的制造工藝來制造。而且，它還將是100%可回收的。最新研究成果已于近期發(fā)表在了《電源雜志》上。
首席研究員、皇家墨爾本理工大學(xué)教授John Andrews在一次新聞發(fā)布會(huì)上說：“我們的電池單位質(zhì)量的能量已經(jīng)可以與商用鋰離子電池相媲美，同時(shí)也更安全，對(duì)地球也更好，因?yàn)榭梢詼p少從地下開采資源。”
“我們的電池還可以快速充電，”他繼續(xù)說道，“我們的質(zhì)子電池使用的主要資源是碳，碳儲(chǔ)量豐富，在所有國家都可以獲得，與鋰、鈷和釩等其他類型的可充電電池所需的資源相比，碳價(jià)格便宜。質(zhì)子電池也沒有報(bào)廢的環(huán)境問題，因?yàn)樗械慕M件和材料都可以再生、再利用或回收。”
盡管如此，該團(tuán)隊(duì)仍在努力實(shí)現(xiàn)質(zhì)子電池的商業(yè)化。Andrews說：“我們期待與ldor Corporation（全球主要汽車制造公司的合作伙伴）合作，在墨爾本和意大利進(jìn)一步開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，生產(chǎn)出存儲(chǔ)容量能夠滿足一系列家用和商用需求的原型電池。這項(xiàng)合作的目的是將系統(tǒng)從瓦級(jí)擴(kuò)大到千瓦級(jí)，并最終擴(kuò)大到兆瓦級(jí)。”
