燃料电池的新材料使您可以创建长期的“能量电池”



锂电池是用于存储由太阳能电池板或其他绿色电力产生的能量的出色解决方案。 但是它们排放得足够快,所以这是一个短期解决方案-“为将来”节省能源将行不通。 此外,还需要非常庞大的存储设施来存储大量能量(其中一种是由澳大利亚的Elon Musk建造的)。

多年以来,专家一直在寻找合适的解决方案,但是到目前为止,还没有找到任何激进的解决方案。 然而,近来从例如氢产生能量的燃料电池变得越来越流行。 几天前,人们就知道一种新型燃料电池可以同时在两个方向上工作-它们可以从甲烷或氢气中发电,或者可以消耗能量并产生甲烷或氢气。

电池的效率非常高:如果您在甲烷或氢气的生产上花费了一定的能量,然后让一切都朝着相反的方向前进,那么您可以更早地获得75%的电能。 原则上,非常好。

局限性


如上所述,电池不能很好地长期供电。 其他缺点是充电速度慢加上成本高。 流动电池越来越有用,这是一个很好的解决方案。



流动(氧化还原)电池是一种电能存储设备,是传统电池与燃料电池之间的交叉。 由金属盐溶液组成的液体电解质被泵送通过芯,芯由正极和负极组成,并由膜隔开。 阴极和阳极之间发生的离子交换导致发电。

但是瞬时可充电电池不如传统电池有效,但是其中使用的电解质通常有毒或引起腐蚀(有时会同时腐蚀)。

长时间存储能量的一种替代方法是将多余的电能转化为燃料。 但是这里的一切都不是那么简单,将能量转换为燃料的通常方案都需要大量能源,因此系统的效率永远不会很高。 另外,反应催化剂通常很昂贵。

降低成本的一种方法是使用可逆(反向)燃料电池。 原则上,它们不是新的。 当正向工作时,燃料电池以氢或甲烷为燃料并发电。 它们以相反的方向工作,它们通过消耗电力来产生燃料。

只是可逆燃料电池是长期能量存储以及需要它们的甲烷或氢气生产的理想选择。

为什么还没有普遍使用它们? 因为从理论上讲一切看起来都很好,但是在实践中却存在着无法克服的困难。 首先,许多这样的元件需要高温才能工作。 其次,它们产生氢和水的混合物,而不是纯氢(在大多数情况下)。 第三,循环效率非常小。 第四,大多数现有元素中的催化剂被迅速破坏。

出路


它是由科罗拉多矿业学院的研究人员提出的 。 他们研究了可逆质子陶瓷电化学电池的可能性。 当产生能量时,它们非常高效,而且它们不需要很高的温度-工业过程或传统电力生产中有足够的废热源。

科学家通过提供Ba / Ce / Zr / Y / Yb和Ba / Co / Zr / Y作为电极材料来改进技术。 对于他们的工作,需要500摄氏度的温度,这不是问题,加上生产过程中大约有97%的供应给系统的能量。 在这种情况下,电池依靠水或水和二氧化碳运行。 它们在第一种情况下产生氢气,在第二种情况下产生甲烷。

系统效率约为75%。 不如电池好,但是对于大多数目的来说,这就足够了。 在这种情况下,电极不会被破坏。 经过1200小时的测试,事实证明该材料实际上并未降解。

的确,另一个问题仍然存在-用于制造电极的原材料的高成本。 同一的价格约为每公斤14,000美元,因此制造真正的大型燃料电池可能非常昂贵。

但是,也许开发人员将能够解决此问题-无论如何,朝这个方向的工作已经在进行中。


Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN444088/


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