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新手已上路木蟲 (職業(yè)作家)
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儲(chǔ)存太陽能和風(fēng)能的清潔方法 已有1人參與
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隨著太陽能和風(fēng)能發(fā)電的崛起，人們也開始尋找能夠儲(chǔ)存這些電能的物美價(jià)廉的電池，以便天黑、風(fēng)停時(shí)使用。去年有研究者宣布他們研發(fā)出了一個(gè)潛在的便宜高效的方案，但是當(dāng)時(shí)這款電池含有劇毒腐蝕性的材料�，F(xiàn)在，這些研究人員使用了無毒的材料改造了這款電池，使未來人們能夠大規(guī)模、成本低地生產(chǎn)這款電池。 這款新型電池叫做“流動(dòng)電池（flow battery）”，比通常人們用的鋰電池或是鉛酸電池大多了。但與這樣傳統(tǒng)化學(xué)電池不同，在“流動(dòng)電池”內(nèi)，儲(chǔ)能物質(zhì)不是聚集在一起的，電解液與電極是分開的。這樣通過增加儲(chǔ)存在外部容器中的電解液，人們就可以增加電池的儲(chǔ)能量。工程師們就可以在發(fā)電峰期用這電池儲(chǔ)存過多的電能，以便在太陽能、風(fēng)能發(fā)電結(jié)束后使用。 在“流動(dòng)電池”的中心，有一堆像三明治一樣疊起的電極。這就是“電堆”，電極之間由離子交換膜分開。在充電或放電過程中，電解液流過電堆。在大多電池中，當(dāng)電池放電時(shí)，充滿了正電荷的電極吸收電解液分子中的電子，通過外部線路把電子輸送到另一極需要電子的電解液中。在失去電子的電解液中，陽離子穿過離子交換膜到達(dá)輸入電子的電解液，達(dá)到電荷平衡。當(dāng)電池放電時(shí)，電子、離子和電解液的流向與充電時(shí)相反。 去年，由哈佛材料學(xué)家Michael Aziz領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)制造了一種儲(chǔ)能量很大的流動(dòng)電池。他們使用了醌類的有機(jī)物質(zhì)作為其中一種電解液。另一種電解液含有溴，一種能夠輕易腐蝕做電解液容器的鋼鐵和其他材料的劇毒物質(zhì)。這迫使來自哈佛的科學(xué)家們只能使用昂貴的、耐腐蝕的材料來盛放它。這種電池造價(jià)太高了，所以不適合用于大多電器。 為了不使用這么多的腐蝕性物質(zhì)，Aziz和他的團(tuán)隊(duì)試著使用其他化學(xué)反應(yīng)來儲(chǔ)能。大多電池使用的電解液不是酸性就是堿性。這些電解液可以高效地將電荷從一個(gè)電極帶到另一個(gè)電極——電池充電、放電反應(yīng)的核心原理。Aziz團(tuán)隊(duì)研發(fā)的前一代電池中，醌類物質(zhì)和溴都是溶解在酸性溶液中的。 哈佛的科研人員發(fā)現(xiàn)可能替換溴的物質(zhì)是亞鐵氰酸鹽類，它也能且善于攜帶電荷。盡管它的名字聽起來很可怕，但是實(shí)際上亞鐵氰酸鹽類是用于食品添加劑的。不僅無毒，它易溶解在堿性溶液中的。Aziz也對(duì)醌類物質(zhì)作出了改進(jìn)——他們用一組氫、氧原子來取代醌類物質(zhì)上的硫基，使它也易溶于堿性溶液。 “這個(gè)方法奏效了。使用無毒、便宜、隨處可得的材料制造的電池能夠有效地儲(chǔ)存能量�！薄茖W(xué)家們在《科學(xué)》雜志上宣布。 盡管現(xiàn)在這個(gè)堿醌電池每單位體積儲(chǔ)存的能量只有酸性電解液電池的三分之二，但它不需要使用昂貴的抗腐蝕材料，所以相比較之下，堿醌電池制造成本更低，使用起來也更加方便、安全�！斑@是一個(gè)我愿意安裝在我家地下室的電池�！盇ziz說。堿醌電池的優(yōu)點(diǎn)還不止這些。只要一個(gè)熱水瓶大小的電池，它就能儲(chǔ)存人們用傳統(tǒng)的屋頂太陽能發(fā)電板組產(chǎn)生的能量。 “這款電池應(yīng)用的化學(xué)原理簡直棒極了！”哈佛的能量學(xué)專家David Keith說。但他也認(rèn)為現(xiàn)在大部分住戶和小型企業(yè)是與電網(wǎng)鏈接的，所以他們在太陽能或是風(fēng)能發(fā)電停止時(shí)，或許還不需要使用這種電池。 Aziz同意David Keith的觀點(diǎn)，但是他也說，現(xiàn)在使用這款電池對(duì)于人們來說已經(jīng)有經(jīng)濟(jì)效應(yīng)了。比如很多企業(yè)的電費(fèi)不止是按他們的用電量計(jì)算的，還要與他們是否會(huì)在短時(shí)間內(nèi)快速消耗電能有關(guān)。因?yàn)橐淮涡允褂么罅侩娔艿钠髽I(yè)需要特殊的電線供電，所以他們要交更多的電費(fèi)。若安裝了新型電池，這些企業(yè)會(huì)減少對(duì)來自電網(wǎng)的電的需求，從而降低電費(fèi)。Aziz預(yù)言，這樣的現(xiàn)象只會(huì)越來越多。因此，這種新型的便宜、無毒電池可能是未來的重要能源之一。 |
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2樓2016-09-21 10:57:10
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