據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，南加利福尼亞大學(xué)文理學(xué)院的一個研究小組開發(fā)出一種鐵-空氣電池，成本低廉、環(huán)保可充電，可用于陰雨天太陽能和風(fēng)力發(fā)電廠存儲能源。相關(guān)研究結(jié)果公布在最新一期美國《電化學(xué)學(xué)會志》上。
近期美國加利福尼亞州州長杰里·布朗簽署一項法案，要求在2020年前確保全州三分之一的電力供應(yīng)必須來自可再生能源，其中包括地?zé)帷⑻柲堋L(fēng)能等。那么在陰天或是幾乎無風(fēng)的天氣下，人們?nèi)匀恍枰娏Γ纱颂柲芎惋L(fēng)力發(fā)電廠將需要能力大的電池儲存大量能量。而對于公共事業(yè)而言，電池通常沒有一個可行的解決方案：電視機(jī)遙控器內(nèi)置的普通密封電池一般不能充電;用于手機(jī)和筆記本電腦可充電的鋰離子電池，在成本上要比鐵-空氣電池至少貴10倍。
鐵-空氣電池是以空氣中的氧氣作為正極活性物質(zhì)，鐵作為負(fù)極活性物質(zhì)的一種高能電池。電解質(zhì)為水溶液，由于空氣不計算在電池的重量之內(nèi)，故具有較高的比能量。該校文藝和科學(xué)學(xué)院化學(xué)教授斯里蘭卡·納拉揚帶領(lǐng)研究團(tuán)隊開發(fā)出這種在空氣中“呼吸”的電池，使用的是暴露于空氣中的鐵板被氧氣氧化生成的化學(xué)能，類似鐵生銹的過程。納拉揚說：“鐵這種原料便宜，而空氣又是免費的，這是未來電池的發(fā)展趨勢。目前開發(fā)的這種電池具有存儲8小時到24小時能源的能力。聯(lián)邦政府和加州公共事業(yè)部門對這個項目感興趣。”
鐵-空氣電池已經(jīng)研發(fā)了幾十年，特別是20世紀(jì)70年代發(fā)生能源危機(jī)后，人們對其研發(fā)的興趣陡增。但是在研發(fā)過程中面臨一個極大的問題：在電池內(nèi)部產(chǎn)生氫氣的激烈化學(xué)反應(yīng)(被稱為水解)會吸走約50%的電池能量，由此大大降低了它的效率。
該研究團(tuán)隊設(shè)法減少能量損耗到4%，使這種鐵-空氣電池效率比以前的同類電池提高約10倍。研究人員在電池中添加了非常少量的硫化鉍，而鉍可以遏制產(chǎn)氫過程中能量的浪費。
納拉揚說：“如果添加鉛或汞，可能也可以改善電池的效率，但那將不是安全的做法。極少的硫化鉍是不會影響到我們對環(huán)保型電池的承諾。”研究團(tuán)隊還將繼續(xù)研究，盡量用更少的材料讓電池儲存更多的能量。
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