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儲能技術的革新,液態(tài)金屬電池,未來它會取代鋰電池嗎?

科學信仰發(fā)布時間:2023-04-20 13:46:12

  目前人類文明發(fā)展所遭遇的很多問題,本質上都源自于能源危機,而要解決能源危機,有很多種不同的途徑,其中一條路就是革新儲能技術。

  從某種角度來說,人類所面臨的能源危機并不是因為能源少,而是我們沒有辦法把能源有效地儲存起來。我們都知道,太陽能可以發(fā)電、風能可以發(fā)電、水能也可以發(fā)電,而這些都是取之不盡用之不竭的,并且獲取這些能源也不會給環(huán)境帶來任何危害。既然有這許多清潔且無盡的能源,人類為什么還會陷入能源危機呢?

  因為這些能源都是不可控的,陰天還是晴天,我們控制不了,風大還是風小,我們控制不了,同樣的,我們也沒有辦法讓豐水期一直維持下去。

  這就導致了一個問題,能源充沛的時候,我們用不了這么多的電,而我們需要用電的時候,可能自然條件又跟不上了。而要解決這一問題,就只有一個辦法,就是把多余的能量儲存起來。這似乎很簡單,但實際上一點也不簡單。要儲存多余的能量就需要電池,而現(xiàn)有的電池一方面儲電量有限,另一方面成本較高,況且這些電池的電極還會耗損,使用一段時間就要重新更換。

  由此可見,若是解決了儲能問題,人類所面臨的能源危機便會在很大程度上得到緩解。

  現(xiàn)在,一種新的儲能技術的出現(xiàn)讓我們看到了曙光,那就是液態(tài)金屬電池。無論是什么樣的電池,它的基本原理都是相同的,在放電的時候,負極的化合物分解為陽離子和電子,電子通過外電路前往正極,同時為用電器供電,而陽離子則通過電池內部的電解質前往正極,最終電子與陽離子在正極重新匯合,并于正極的金屬物質組合形成新的化合物。

  在充電的時候,正極的金屬化合物分解,電子通過外電路回到負極,陽離子通過內部電解質回到負極,最終在負極相遇重新組合。

  對于一般的電池,比如現(xiàn)在廣泛使用的鋰電池而言,它在制造的過程中需要把電極材料一層一層組合起來,而在充電和放電的過程中,鋰離子不斷在其中穿梭,時間長了就會造成電極的損耗。但液態(tài)金屬電池不同,它擁有一個陶瓷的外殼,而內部只需要裝上銻合金、鈣合金以及熔鹽電解質就可以了。

  是的,液態(tài)金屬電池并不需要繁瑣的組合過程,只需要把一應材料裝進外殼里就行了。

  液態(tài)金屬電池在工作的時候會被加熱到500℃,此時,電池內部的一應金屬物質會全部熔化為液態(tài),由于各種物質密度的差異,它們會像雞尾酒那樣自行產(chǎn)生分層結構,最上面和鈣合金,中間是熔鹽電解質,最下面則是銻合金。在放電的時候,鈣合金會分解為鈣離子和電子,電子通過外電路前往正極,鈣離子通過中間的熔鹽電解質前往下方的液態(tài)銻合金之中,在下方正極相遇之后,會形成新的銻鈣合金。

  充電時,銻鈣合金分解,鈣離子和電子重新回到電池上方形成鈣合金。

  液態(tài)金屬電池的優(yōu)勢非常明顯,無論是充電還是放電,它內部的電化學反應都是單純的從合金到合金,所以不管充放電多少次,電極都不會損耗,也就是說液態(tài)金屬電池是一次投入永久使用,一下就解決了儲能的成本問題。但從技術層面來講,液態(tài)金屬電池似乎必將取代鋰電池,但現(xiàn)實情況要復雜得多。因為一種產(chǎn)品只有形成規(guī)?;a(chǎn),它的成本才能降下來,液態(tài)金屬電池作為一種新技術,在沒有形成規(guī)?;a(chǎn)之前,成本是很高的。在以往,有很多在科技上具有優(yōu)勢的產(chǎn)品都是因為沒能完成到規(guī)?;a(chǎn)的轉化而最終銷聲匿跡的。所以一種新技術能否取代舊技術,除了本身的技術優(yōu)勢之外,能夠被市場所接受也十分重要。

  來源: 科學信仰


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