一种导电聚合物从根本上改变了海水电池的设计。德国的研究人员已经将这种特殊材料融入到一种高效的金属收集装置中,能够提取和存储海水中潜在的化学能。

这种化学能以氧化还原电位的形式出现:海水的盐含量约为3.5w/w%,以钠的形式存在于水中+和Cl- - - - - -离子。还原这些Na+海水电池通过从海洋中获取这种金属,将其氧化回钠来储存能量+当需要从细胞中获取能量时形成离子。

计划

来源:©Stefano Passerini/KIT

海水电池可以作为一种节能的钠金属收集系统(右),用于长期(季节性/年度)能量存储,并作为二次电池(左),提供高度可逆和高效的短期(从小时到一天)电能到金属和金属到电能的存储

在一个典型的体系中,钠+离子沿着浓度梯度从海水中流过,通过一种特殊的离子传导膜进入细胞体内。一旦进入,这些离子通过固体电解质扩散,最终到达钠阳极,在那里它们被还原为金属钠。

海水电池

来源:©Stefano Passerini/KIT

钠离子导电固态聚合物电解质在- 20°C至80°C之间表现出较高的离子电导率

现在,一个团队围了起来斯特凡诺Passerini卡尔斯鲁厄理工学院的设计将这种设计提升到了一个新的水平。帕萨利尼解释说:“我们开发了一种没有金属钠的电池,这让一切都变得简单多了。”该团队精心设计的聚合物电解质使这种无阳极设计成为可能。商用固态电池依靠聚合物或无机电解质将电荷从一端转移到另一端。“这是一场竞争,”他解释道严路他是德国柏林亥姆霍兹研究中心的电池研究员。“基于无机的固体电解质具有更高的导电性,但需要非常高的压力,所以这是一个限制。基于聚合物的系统需要更高的温度才能达到一定的离子导电性。”

该团队的聚合物电解质由商业聚合物聚(乙烯)氧化物组成,用钠离子盐和离子液体增强,在环境温度下显示出创纪录的导电性,这是该领域的一个重要成果。他说,这真的很有价值。“不仅是这项研究,还有其他应用。电解质中移动钠离子的存在也消除了钠在阳极上的存在,极大地简化了制造过程。然而,帕萨利尼热衷于强调另一个好处:“我不想把钠保存在细胞里(立即使用),我想把它存储在其他地方,当我需要的时候再使用。”“因此,从理论上讲,该装置的储能能力是无限的,因为收集到的钠可以不断地从阳极中移除,而不会影响性能。”

投资可再生资源的政治压力和对能源安全日益增长的担忧增加了对这种长期储能战略的关注。陆说:“这个系统对于固定存储非常有吸引力。”但它仍处于初始阶段。这种装置有点复杂……但如果他们能进一步提高电化学性能,降低成本,并建立大规模生产,商业化将会有一个美好的未来。”

卡尔斯鲁厄大学的团队正在继续研究能源存储系统,这是欧洲和亚洲多个合作项目的一部分。帕萨利尼总结道:“我认为(季节性储存)是人们现在应该工作的地方。”