科学家建议将废弃的矿井变成重力电池

科学家建议将废弃的矿井变成重力电池在其他时候，当电网有多余的能量时，重力电池系统使用一些能量来拉动负载，有效地储存能量供以后使用。该技术最常见的类型之一是所谓的抽水蓄能水电系统。在这种设置中，水从高海拔地区被释放出来，在流向山下时通过旋转涡轮机来发电。当有多余的能量时，这些水被抽回起点。去年，奥地利国际应用系统分析研究所（IIASA）的科学家提出了一种不同类型的重力电池。其基本想法是，高层建筑中的电梯将使用再生制动系统来发电，同时将有重量的有效载荷从较高楼层降到较低楼层。自主的拖车机器人将根据需要把货物拉进和拉出电梯。这给我们带来了基于矿山的地下重力储能（UGES）系统，最近由相同的研究人员提出。它同样会利用电梯，但这些电梯将在现有的废弃矿井中，而且它们将提升和降低装满沙子的容器。拟议的地下重力储能系统的图示竖井两侧的一系列电动机/发电机组将使每个电梯上下移动，在下行时通过再生制动发电，然后在上行时使用其中的一些电力。为了获得最大的效率，电梯可以在地面上装载沙子，在井底将其移走，然后空着返回地面。不用说，在这种情况下，井底的储存区最终会被沙子填满。出于这个原因，当电网中的能量过剩时，电梯将不得不把一些沙子带回顶部。电动传送带和自卸卡车的组合将被用于上、下料。科学家们估计，UGES的全球储能潜力为7至70太瓦时（terawatthours），其中大多数工厂位于已经有大量废弃矿井的国家，如中国、印度、俄罗斯和美国。"当一个矿山关闭时，它将解雇成千上万的工人[......]UGES将创造一些空缺，因为矿山在停止运营后将提供储能服务，"IIASA的JulianHunt说，他是该研究论文的主要作者。"矿山已经拥有基本的基础设施，并与电网相连，这大大降低了成本，有利于UGES工厂的实施。"这篇论文最近发表在《能源》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339055.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1339055.htm

一种新的锂-空气电池设计有望实现前所未有的能量密度

一种新的锂-空气电池设计有望实现前所未有的能量密度它可以作为电池市场的一个真正的突破，并可能成为运输和重型车辆（如飞机、火车甚至潜艇）的一场革命。这种新的电池可以维持1000多个充电周期，而能量效率只下降了5%，对库仑效率的影响为零。这意味着所有的初始电池材料仍然是活跃的，在充电/再充电周期中没有不可逆的副反应。伊利诺伊理工学院的研究人员构思的设计使用了基于陶瓷-聚氧化乙烯复合材料的固体电解质，与液体电解质相比，它更安全、更高效。作为固体电解质的陶瓷和聚合物材料在单独使用时有其自身的缺点，但当它们结合在一起时，可以同时提供陶瓷的高离子传导性和聚合物的高稳定性。这种复合电解质能够在室温下工作，这对于锂空气电池来说是第一次。据伊利诺伊理工大学化学工程系助理教授穆罕默德-阿萨迪说，固态电解质"贡献了总能量密度的75%左右"。仍有进一步改进的余地，通过在不影响性能的情况下尽量减少厚度，新的设计可以实现"非常非常高"的能量密度。锂空气电池有可能每公斤储存一千瓦时或更高的能量，这比目前的锂离子技术高出四倍。刊登在《科学》杂志的文章说，基于氧化锂（Li2O）形成的锂空气电池，理论上可以提供"与汽油相当"的能量密度。展望未来，阿萨迪计划与私营企业伙伴合作，尝试并优化设计，以便制造。该研究人员说，新的技术突破为实际将锂空气电池推向市场打开了"一扇巨大的可能性之窗"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1343337.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1343337.htm

新研发的CSRD材料局部无序技术有望缩短电池充电时间 增加能量储存能力

新研发的CSRD材料局部无序技术有望缩短电池充电时间增加能量储存能力不稳定的电极充电电池是能源转型的关键要素，尤其是在可再生能源越来越多的今天。在多种可充电电池中，锂离子电池是功能最强大、应用最广泛的电池之一。为了使其电气连接，通常使用层状氧化物作为电极。然而，当电池充电时，它们的原子结构会变得不稳定。这最终会影响电池的循环寿命。局部失调为了解决这个问题，代尔夫特理工大学的"电化学能量存储"小组与国际研究人员合作。论文的第一作者是王启迪，他介绍说："用作锂离子电池阴极材料的层状氧化物是整齐有序的。我们进行了一项结构设计研究，通过改进合成方法在这种材料中引入化学短程无序。因此，它在电池使用过程中变得更加稳定"。有序的层状结构是锂（Li）离子阴极的重要组成部分。然而，在充电过程中，本质上脆弱的缺锂框架很容易受到晶格应变、结构和/或化学机械退化的影响，导致容量迅速下降，从而缩短电池寿命。在此，研究人员报告了一种通过在氧化物阴极中整合化学短程无序（CSRD）来解决这些问题的方法，它涉及晶格中元素在空间维度上的局部分布，跨越几个最近邻间距。这是在结构化学基本原理的指导下，通过改进的陶瓷合成工艺实现的。为了证明其可行性，研究人员展示了CSRD的引入如何对层状氧化锂钴阴极的晶体结构产生重大影响。这表现在过渡金属环境及其与氧气的相互作用上，有效防止了锂去除过程中晶体板的有害滑动和结构退化。同时，它还会影响电子结构，从而提高电子导电性。这些特性对锂离子存储能力大有裨益，可显著提高循环寿命和速率能力。此外他们还发现CSRD可以通过改进化学共掺杂的方式引入到其他层状氧化物材料中，这进一步说明了CSRD在增强结构和电化学稳定性方面的潜力。这些发现为氧化物阴极的设计开辟了新的途径，帮助深入了解了CSRD对先进功能材料晶体和电子结构的影响。经过200次充电/放电循环后，结构稳定性的提高几乎使电池的容量保持率翻了一番。图片来源：RoyBorghoutsFotografie循环寿命更长，充电时间更短结构稳定性的提高使电池在200次充电/放电循环后的容量保持率几乎翻了一番。此外，这种化学短程无序增加了电极中的电荷转移，从而缩短了充电时间。研究小组对锂钴氧化物（LiCoO2）和锂镍锰钴氧化物（NMC811）等成熟的商用阴极展示了这些优势。关键材料这些成果可能会催生新一代锂离子电池，其制造成本更低，寿命期间单位能量储存的二氧化碳排放量更小。研究小组下一步将研究是否可以利用同样的材料设计原理，用不太稀缺的原材料制造阴极。论文的资深作者马尼克斯-瓦格马克（MarnixWagemaker）说："钴和镍都是所谓的能源技术关键材料，减少电池中这些材料的使用将是一件好事。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430486.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430486.htm

不仅仅是储存电力 科学家开发出两用可充电电池

不仅仅是储存电力科学家开发出两用可充电电池可充电电池将电能储存在电极材料中，而氧化还原液流电池则使用储存在连接电极的储液罐中的化学物质。科学家们最近设计出了一种混合电池系统，它不仅能储存和提供电能，还能在流动系统中生成有用的化学物质。在使用过程中，糠醛-氢氧化镍电池可将生物质来源的糠醛转化为糠醇或糠酸。糠醛是一种由农业生物质中常见的戊糖形成的小分子，被认为是一种重要的平台化学品，可以从中获得多种中间体，用于各种用途。它可以被氧化成糠醛酸，糠醛酸是一种食品防腐剂，也是合成药物和香料的中间体。糠醛还原后可转化为糠醇，是树脂、香料和药物的前体。段浩宏和来自中国北京清华大学的研究团队现已成功地在混合液流电池的运行过程中获得了这两种增值化学品，从而提高了电池系统的成本效益。标准的可充电电池在充电时将电能储存在电极中，并在放电时将电能输入电路。另一种电池类型是氧化还原液流电池，它将电能储存在化学物质中，化学产物在两种状态之间循环，并留在电池中。结合这两个概念，研究人员调查了这种电池在储存或提供能量的同时能够产生额外化学物质的程度。突破性进展是阳极的双功能金属催化剂。这种催化剂由铑-铜单原子合金制成，在电池充电时能顺利地将电解液中的糠醛转化为糠醇，而在电池放电时则形成糠酸。在阴极方面，研究人员发现了一种掺钴氢氧化镍材料，类似于传统镍锌电池或镍氢电池中使用的阴极材料。这种电池组件形成了一个真正的两用电池系统：在充电（使用太阳能电池）后，四个串联的混合电池能够运行各种设备，包括LED灯和智能手机，同时在电池循环过程中不断产生糠醇和糠酸，这些化学物质通过一个流动系统被带走。作者发现，这种新型混合电池在能量密度和功率密度方面可与一些普通电池相媲美，但它能同时提供电能和增值化学品。在储存1千瓦时能量的同时，可生产0.7千克糠醇，而当系统提供0.5千瓦时的能量时（一台冰箱可在此能量下运行几个小时），可生产1千克糠酸。不过，糠醛会不断进入系统，必须将产品与电解液分离。该团队的混合概念朝着提高可充电电池的可持续性和成本效益迈出了一步，但仍需进一步发展这一概念。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1380745.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1380745.htm

科学家发现水基电池的储存能力有着高达1000%的差异

科学家发现水基电池的储存能力有着高达1000%的差异化学工程教授JodieLutkenhaus博士和化学助理教授DanielTabor博士在《自然材料》上发表了他们关于无锂电池的研究结果。"不会再有电池火灾了，因为它是水基的，"Lutkenhaus说。"在未来，如果预测到材料短缺，锂离子电池的价格会大涨。如果我们有了这种替代电池，我们就可以转向这种化学，其供应要稳定得多，因为我们可以在美国这里制造它们，而且制造它们的材料也在这里。"Lutkenhaus说，水电池由阴极、电解质和阳极组成。阴极和阳极是可以储存能量的聚合物，而电解质是与有机盐混合的水。电解液通过其与电极的相互作用，是离子传导和能量存储的关键。她说："如果一个电极在循环过程中膨胀得太厉害，那么它就不能很好地传导电子，就会失去所有的性能。我相信，由于肿胀效应，储能能力有1000%的差异，这取决于电解质的选择。"根据他们的文章，氧化还原活性的非共轭自由基聚合物（电极）是有希望成为无金属水电池的候选者，因为这种聚合物具有高放电电压和快速氧化还原动力学。由于电子、离子和水分子的同时转移，该反应很复杂且难以解决。研究人员在文章中说："我们通过使用电化学石英晶体微天平在一系列时间尺度上进行耗散监测，检查不同混沌/交变特性的水电解质，证明了氧化还原反应的性质。"Tabor的研究小组用计算模拟和分析对实验工作进行了补充。仿真让人们深入了解了结构和动力学的微观分子尺度的情况。"理论和实验经常紧密合作以了解这些材料。在这篇论文中，我们在计算上所做的新事情之一是，我们实际上将电极充电到多种电荷状态，并观察周围环境如何对这种充电做出反应。"研究人员通过准确测量电池运行时有多少水和盐进入电池，从宏观上观察电池阴极是否在某些种类的盐存在时工作得更好。"我们这样做是为了解释在实验中观察到的情况，现在，我们希望将我们的模拟扩展到未来的系统。我们需要让我们的理论得到证实，什么是驱动这种水和溶剂注入的力量。""有了这种新的储能技术，这是对无锂电池的一种推动。"Tabor说："我们对是什么让一些电池电极比其他电池电极工作得更好有了更好的分子水平的描述，这为我们在材料设计方面的进展提供了强有力的证据。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1355015.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1355015.htm

碳黑和水泥可被用于在住宅和道路中储存能量

碳黑和水泥可被用于在住宅和道路中储存能量研究人员已经尝试通过将混凝土与石墨烯基碳纳米管混合，赋予结构材料类似电池的特性。然而，纳米管的生产成本高昂，且不易在现实世界中推广应用。另一方面，炭黑是煤炭、植物物质或燃料不完全燃烧产生的一种材料，由于其供应充足，它提供了一种比纳米管更具成本效益的替代品。研究小组发现，碳黑与水和水泥混合后，会形成"分形"的电子导电网络。然后，他们将最终产品制成厚1毫米、宽10毫米的小板，并将其包裹在标准电解质材料氯化钾膜中，形成类似三明治的结构。科学家们说，由这种材料制成的两个电极被绝缘层隔开，从而形成了一个非常强大的超级电容器。供电时，电极板可以点亮一系列LED灯。研究小组认为，这种新材料可以集成到道路或建筑物中，储存足够使用一天的能量。即使基础混合物能起到超级电容器的作用，要保持其储能能力和结构强度仍然是一个挑战。添加更多的炭黑会增加储存的能量，但混凝土会变得更脆弱。研究人员发现，对于地基或其他结构元素来说，最理想的混合比例是使用10%左右的炭黑。当结构强度不是问题时，可以增加炭黑的用量，从而制造出更强大的超级电容器。麻省理工学院的土木工程师弗朗茨-约瑟夫-乌尔姆和他的同事们目前正在努力开发一种相当于12V电池的汽车应用产品。原型可在大约18个月内问世，它也可以作为家庭储能的元素砖。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1374903.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1374903.htm