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氢溴燃料电池的发展前景 不需要电池隔膜?

来源:中国科学报作者:张华民2013-09-11 11:36点击: 二维码
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据国外媒体报道,目前,美国麻省理工学院机械工程副教授卡伦·布伊与研究小组最新设计出一种新型可充电流体电池,无须依赖于造价高昂的间隔膜来生成和存储电能。流体电池原型每平方厘米产生的能量是其他间隔膜电池系统的3倍,其功率密度以数量级高于多数锂离子电池和其他商业和实验能量存储系统。这项最新研究报告发表在近期出版的《自然通讯》杂志上。

可再生能源正逐渐由辅助能源变为主导能源。但由于可再生能源具有不连续、不稳定和不可控的非稳态特性,使得可再生能源的普及应用需要配置大规模(功率大和容量大)储能技术。因此,大规模储能技术是当前国内外的研究热点。

判断大规模储能技术市场前景如何,必须同时兼顾3个方面:1. 安全性;2. 生命周期的经济性;3. 生命周期的环境负荷。尤其需要注意的是,对于大规模储能技术而言,由于输出功率和储能容量大,发生安全事故或者环境友好性不好,会造成严重的危害和重大损失。

近几年来人们提出了多种可充电液流电池或流体电池,如锂离子流体电池、氢氯流体电池、氢溴流体电池等。特别是氢氯流体电池、氢溴流体电池国内外有许多单位都在研究。近年来,研究人员也提出了多种不需要离子交换膜的液流电池。

如中国工程院院士杨裕生的研究团队开发的锌镍单液流电池体系。英国南安普顿大学Derek Pletcher研究团队开发了铅酸单液流电池体系等,这些体系与已达到实用化技术成熟度的全钒液流电池相比,仅仅是在某一个方面有一些优势或有一些创新。但是在综合性能方面还有很多问题。

卡伦研究团队最近在《自然通讯》杂志上发表的氢溴燃料电池,利用在直接甲醇燃料电池中已有相关研究的层流原理的两相流技术,通过电池结构创新,省略了容易被反应生成物氢溴酸腐蚀的正、负极之间的隔膜。

由于以杜邦公司的Nafion离子交换膜为代表的全氟磺酸膜价格昂贵。所以有一种误解,认为电池只要使用隔膜成本就会很高,其实铅酸电池隔膜和国产的锂离子电池多孔隔膜和全钒液流电池用非氟离子传导膜成本都很低。

另外,从电池正负极活性物质、反应产物特性及反应特点分析,卡伦团队研发的这种电池能否有应用价值,尚有一系列科学和技术难题有待突破。

首先是电池中使用了溴。溴是具有刺激性气味的发烟挥发性液体,其烟雾能强烈地刺激眼睛和呼吸道,对多数金属和有机物均有侵蚀作用。具有毒性。其二,电池反应生成物氢溴酸具有强酸型和与盐酸相似的刺激味。除铂、金等贵金属外,对其他金属皆有腐蚀性,生成金属溴化物。其三,电池反应需要消耗氢气,氢气的来源问题有待解决,如果以电解水制氢,产生1个标准立方米的氢气需要4kWh(度)电,而1个标准立方米的氢气通过燃料电池发电,仅能发不到1.5 kWh(度)电。所以,这种电池的能量效率将会很低。

综上所述,从氢溴燃料电池本身特性而言,仍然有很多关键问题尚须解决,有无应用价值仍然需要进一步的研究才能判断。

(作者系中国科学院大连化学物理研究所研究员)

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[责任编辑:赵卓然]
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