Können Flüssigkeitsbatterien Lithium-Ionen-Batterien ersetzen?

Ein Team der Harvard University hat einen neuen Typ von Flüssigkeitsbatterien entwickelt. Das Team sagte, dass die Liquid-Flow-Batterien nicht nur in Smartphones, sondern auch in neuen Energieanwendungen, einschließlich erneuerbarer Energien, verwendet werden könnten. Im mobilen Zeitalter hat die Batterietechnologie höchste Priorität, und selbst ohne Batterien gibt es kein mobiles Zeitalter. Bei den Batterien mobiler Geräte bestehen jedoch Probleme wie eine schwache Ausdauer. Der Durchbruch der Batterietechnologie war schon immer ein aktuelles Problem, das die weitere Entwicklung des mobilen Zeitalters behinderte. Daher haben Forscher effizientere Energiequellen für die Stromerzeugung untersucht, um die Ausdauer zu verbessern.

Tatsächlich sind Flüssigkeitsbatterien keine neuen Technologien und gibt es seit den 1960er Jahren. Im Vergleich zu Lithiumbatterien haben Flüssigkeitsbatterien einige Vorteile. Diese Technologie befand sich jedoch in der Forschungs- und Entwicklungsphase und wurde nicht in die Praxis umgesetzt. Der Grund sind seine eigenen Grenzen. Trotz der Hindernisse muss die Erkundung fortgesetzt werden. Während Menschen relativ solide neue Batterietechnologien verwenden, suchen sie ständig nach sauberer Energie, um die Batterietechnologien zu verbessern.

Erstens bestimmen die Eigenschaften von Flüssigkeitsstrombatterien die Vorteile und in mancher Hinsicht besser als Lithiumbatterien

Das Harvard-Team wurde von Michael Aziz, Professor für Material- und Energietechnologie, und Roy Gordon, Professor für Chemie und Materialwissenschaften, geleitet. Die von ihnen untersuchte neue Flüssigkeitsbatterie basiert auf einem organischen Molekül in einer wässrigen Lösung mit neutralem pH-Wert zur Stromerzeugung. Ihre Sicherheit und Lebensdauer sind besser als bei aktuellen Batterieprodukten.

Tatsächlich wird das Flüssigkeitsstrom-Batteriefeld nicht als "Ödland" betrachtet. In den 1960er Jahren war die Redox-Batterie des Eisen-Chrom-Systems bereits erschienen und konnte als Vorgänger der All-Vanadium-Liquid-Flow-Batterie angesehen werden. Nach Jahren der Forschung und Entwicklung hat die Technologie große Fortschritte gemacht und wird voraussichtlich kommerziell eingesetzt. Gegenüber Lithium-Ionen-Batterien hat diese Liquid-Flow-Batterie einen Vorteil.

Erstens kann seine Größe groß oder klein sein und sein Design ist flexibel.

Bei Energiespeichersystemen sind Strom und Strom die wichtigsten Faktoren. Im Allgemeinen können Vanadium-Flüssigkeitsstrombatterien abhängig von der Größe des Reaktors der Leistung standhalten, und die Elektrizitätsmenge ist proportional zur Größe des Energiespeichertanks. Unabhängig von den Anforderungen des Projekts an das Energiespeichersystem kann der Konstrukteur das entsprechende Design flexibel erstellen und jederzeit anpassen.

Andererseits werden Lithium-Ionen-Batterien mit Energiespeichermaterialien auf der Oberfläche des Kollektors beschichtet, um Elektroden zu bilden. Ihre Prozesse und Eigenschaften sind festgelegt und es ist schwierig, sie an bestimmte Projekte anzupassen. Unter den beiden relativen Verhältnissen liegen die Vorteile von Flüssigkeitsbatterien auf der Hand.

Noch wichtiger ist, dass Flüssigkeitsbatterien erweiterbar sind. Die Flüssigkeitsbatterie hat unabhängig von der Speichermenge nahezu die gleiche Struktur und Steuermethode. Solange der Energiespeicherelektrolyt gleichmäßig gemischt wird, kann garantiert werden, dass der SOC (Lade- und Entladetiefe) konsistent ist.

Wenn Sie Lithiumbatterien derselben Größe herstellen möchten, müssen Sie die Anzahl der Batterien stapeln und ein äußerst komplexes BMS (Batteriemanagementsystem) verwenden, um die Temperatur und den Ladezustand jeder Batterie zu verwalten. Mit ein wenig Nachlässigkeit kann Überladung, Überentladung und Überhitzung zu Batterieverschwendung und sogar zu Gefahr führen, weshalb die Batterien von Smartphones manchmal explodieren.

Zweitens die lange Lebensdauer von Flüssigkeitsbatterien.

Gegenwärtig beträgt die Lebensdauer von Lithiumbatterien auf dem Markt etwa das 1000- bis 5000-fache. Das wichtigste Energiespeicherprinzip ist das Einbetten und Deinterkalieren in Festkörperelektroden, das zu Rissen neigt und die Batterielebensdauer beendet.

Der Lade- und Entlademechanismus von Flüssigkeitsstrombatterien basiert eher auf Änderungen der Wertigkeit als auf physikalischen Änderungen bei normalen Batterien, sodass die Lebensdauer extrem lang ist. Darüber hinaus vermeiden All-Vanadium-Flüssigkeitsstrombatterien aufgrund der Trennung der Ionenaustauschermembranen zwischen positiven und negativen Polen die Möglichkeit einer Kreuzinfektion von positiven und negativen Elektrolyten aufgrund des Mischens, was länger ist als bei anderen Flüssigkeitsstrombatterien.

Drittens ist die Sicherheit von Flüssigkeitsbatterien extrem hoch.

Wie im ersten Punkt erwähnt, garantieren die Eigenschaften von Flüssigkeitsbatterien ihre Sicherheit. Es gibt keine Brand- oder Explosionsgefahr und es gibt keine Sicherheitsprobleme, selbst wenn ein großer Strom vorhanden ist.

Darüber hinaus liegt die Energieeffizienz von Flüssigkeitsbatterien bei 75% bis 80%, die Startgeschwindigkeit beträgt nur 0,02 S und die Batteriekomponenten sind meist billige Kohlenstoffmaterialien, ohne dass Edelmetalle als Katalysatoren benötigt werden.

Derzeit gehören zu den Unternehmen, die weltweit All-Vanadium-Flüssigstrombatterien herstellen, hauptsächlich UniEnergyTechnologies aus den USA, Gildemeister aus Österreich, Sumitomo Electric Co., Ltd. aus Japan und Dalian Rongke Energy Storage Technology Development Co., Ltd. aus China.

Unter diesen verfügt Rongke Energy Storage Co., Ltd. über eine installierte Gesamtkapazität von mehr als 12 MW All-Vanadium-Flüssigkeitsstrombatterien, was 40% der weltweit installierten Gesamtkapazität entspricht, und über die weltweit ersten 5 MW -skaliges industrielles Energiespeichergerät, das tatsächlich mit dem Netzwerk verbunden ist. Dies bedeutet, dass Chinas Indikatoren auf dem weltweit führenden Niveau liegen.

Obwohl Flüssigkeitsbatterien so viele Vorteile haben und einen bestimmten Produktions- und Anwendungsbereich haben, haben sie noch keine großen kommerziellen Inputs gesehen und sind aufgrund der Einschränkungen der Flüssigkeitsbatterien selbst in den Verbrauchermarkt eingetreten.

Zweitens konnten Flüssigkeitsstrombatterien nicht kommerzialisiert werden und weisen viele Einschränkungen auf

Als Energiespeichersystem befinden sich Flüssigkeitsstrombatterien im Bereich der Windenergiespeicherung noch im Versuchsstadium, und die kommerzielle Nutzung ist noch schwieriger. Die oben von der Harvard University untersuchten neuen Flüssigkeitsbatterien befinden sich ebenfalls in der Entwicklungsphase. Wir können zunächst die Einschränkungen der wichtigsten Vanadiumbatterien in Flüssigkeitsstrombatterien untersuchen.

Theoretisch können Vanadiumverbindungen als Additive in vorhandenen Lithiumbatterien verwendet werden, was der Verwendung von Graphen ähnlich ist.

Die fünfwertigen Vanadiumionen in der positiven Elektrode der Vanadiumbatterie führen jedoch bei Temperaturen über 45 Grad eine hochtoxische Substanz namens Vanadiumpentoxid aus. Die Ausfällung dieser Substanz blockiert den Strömungsweg, bedeckt die Kohlenstofffilzfaser, verschlechtert die Leistung des elektrischen Reaktors und führt schließlich dazu, dass die Batterie verschrottet wird. Noch wichtiger ist, dass Vanadiumpentoxid, eine hochtoxische Substanz, schwerwiegende Folgen haben kann.

Darüber hinaus müssen All-Vanadium-Liquid-Flow-Batterien in extrem hohe Kosten investiert werden. Beispielsweise erfordert eine 5-Kilowatt-Flüssigkeitsstrombatterie Gesamtkosten von 406.000 Hauptmaterialien sowie zusätzlichen Einsatz von Sekundärmaterialien und Personalkosten.

Schließlich haben Flüssigkeitsstrombatterien eine sehr niedrige Energiedichte von etwa 40 Wh / kg, und diese Batterien sind flüssig, so dass sie einen großen Bereich abdecken.

Aufgrund der obigen Einschränkungen ist es schwierig, Flüssigkeitsstrombatterien in großem Maßstab anzuwenden und schwieriger zu kommerzialisieren.

Die Erforschung von Flüssigkeitsbatterien stellt die Entschlossenheit der Menschheit dar, kontinuierlich nach neuen Energiequellen zu suchen, aber diese Technologie ist noch nicht ausgereift genug. Im Gegensatz dazu wurde die Graphenbatterietechnologie in intelligenten Geräten eingesetzt, und Menschen suchen ständig nach sauberer Energie für die Stromerzeugung.

Dritte. Sichere Batterietechnologie ist im Handel erhältlich und es gibt mehr Möglichkeiten für die Zukunft

In der heutigen aufstrebenden Batterietechnologie ist die Graphenbatterietechnologie relativ sicher. Ende letzten Jahres stellte Huawei auf der 57. japanischen Batteriekonferenz seinen ersten lithium-ionen-akku mit Graphen-Technologie vor. Dieser Batterietyp verwendet eine neue Hochtemperaturtechnologie, um die obere Temperatur von Lithium-Ionen-Batterien um 10 Grad zu erhöhen, und seine Lebensdauer ist auch doppelt so hoch wie die von normalen Lithium-Ionen-Batterien.

Graphen scheint zuverlässiger zu sein als die neue Flow-Batterie, die sich noch in der Entwicklung befindet. Natürlich hat Graphen selbst einige Einschränkungen, aber es wurde in intelligenten Geräten angewendet.

Daher wird in der gegenwärtigen Situation in der nächsten Phase der Aufrüstung der Batterietechnologie mehr Graphen verwendet. Bei der Entwicklung der Batterietechnologie ist es unmöglich, dies über Nacht zu tun, und ein schrittweiser Übergang durch solide und ausgereifte Technologie sollte bessere Ergebnisse erzielen.

Dies bedeutet natürlich nicht, dass das Gebiet der Batterietechnologie für Stabilität stagnieren kann. Im Gegenteil, um die Batterietechnologie nicht länger als Hindernis für die Entwicklung des mobilen Zeitalters zu betrachten, sollte es mutiger sein, alle mögliche Energie zu nutzen, um den Fortschritt der Batterietechnologie voranzutreiben. Es wurden verwandte Studien durchgeführt und Fortschritte erzielt.

Beispielsweise hat das Forschungsteam der University of Pennsylvania kürzlich eine neue Stromerzeugungsmethode entwickelt, bei der die Konzentrationsdifferenz zwischen dem vom Kraftwerk für fossile Brennstoffe emittierten Kohlendioxid und dem Kohlendioxid in der Luft zur Stromerzeugung verwendet wird. Diese als "Durchflusszelle" bezeichnete Vorrichtung erzeugt eine durchschnittliche Leistungsdichte von 0,82 Watt pro Quadratmeter, was etwa 200-mal höher ist als der Wert, der durch frühere Approximationsverfahren erhalten wurde. Die Forschungsergebnisse wurden in der neuesten Ausgabe von Environmental Science and Technology veröffentlicht.

In ähnlicher Weise haben finnische Wissenschaftler einige Fortschritte bei der Untersuchung der Verwendung von kinetischer Energie, Wärmeenergie und Sonnenenergie zur Stromversorgung von Geräten erzielt. Die Forscher entwickelten ein ferroelektrisches Material namens KBNNO, das Wärme und Druck in Elektrizität umwandelt. Forscher der University of Oulu (University of Loo) in Finnland verwendeten Perowskit-Kristallstrukturen, um Energie aus mehreren Energiequellen zu extrahieren, und hoffen, durch Forschung mehr Energie zu sammeln.

Der Herstellungsprozess solcher Geräte ist nicht komplex, und sobald die besten Materialien gefunden sind, wird es möglich sein, die Technologie in den folgenden Jahren zu kommerzialisieren. In diesem Fall müssen wir mobile Geräte möglicherweise nicht an Steckdosen anschließen, um sie aufzuladen, sondern erhalten einen stetigen Strom aus natürlicher Energie, um sie wirklich sauber zu machen.

Aus den obigen Ergebnissen können wir optimistische Vorhersagen treffen. In Zukunft werden weitere neue Technologien im Batteriebereich auftauchen. Sie können die Nutzungsrate und Lebensdauer von Batterien erhöhen. Bei der Entwicklung der Batterietechnologie und sogar jeder Art von Technologie ist es notwendig, stetig und ausgereift voranzukommen, aber auch mutige und avantgardistische Innovationen. Die Kombination der beiden kann die weitere Entwicklung des mobilen Zeitalters besser fördern.

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