能源公用事業(yè)公司在越來越多地尋找一些電池，以有助于穩(wěn)定電網(wǎng)。因為可以快速存儲，提供充電，這些電池就可以消除供需波動，有助于納入多變的電力來源，如風能和太陽能。然而，現(xiàn)有的電池技術(shù)不是過于昂貴，就是不能使用足夠的充電周期，難以實用。
現(xiàn)在，斯坦福大學（Stanford University）的研究人員已經(jīng)演示了一種高效新型納米材料的電池電極，持續(xù)40000個充電周期，不會明顯喪失電荷存儲容量。這項工作的領(lǐng)導是崔毅（Yi Cui），他是斯坦福大學材料科學與工程教授。崔毅說，這種電極是第一步，可制成新型低成本電池，適于存儲大量電網(wǎng)電力。
電池測試：浸入硝酸鉀電解液的電極，制備時采用銅和鐵為基礎的納米材料，可帶來低成本電池，用于并網(wǎng)儲電。
崔毅的新電池化學反應，使用廉價豐富的材料。它依靠鋰離子電池中使用的相同原理，在電極之間移動鈉或鉀離子，進行充電和放電，但它做得更便宜。“要并網(wǎng)儲電，電池就要很大，而且，使用鈉和鉀很有吸引力，因為它們是如此豐富而廉價，”崔毅說。這些電池將使用水性電解液，更便宜也更容易使用，勝過鋰離子電池使用的有機溶劑型電解質(zhì)。
這種新的電極在一篇論文中做了說明，論文今天在線發(fā)表在《自然·通訊》雜志，這種新電極也以常用材料為基礎。研究人員首先要采用普魯士藍（Prussian Blue）顏料，就是一種鐵和氰化物（cyanide）。他們用銅代替一半的鐵，用所產(chǎn)生的化合物制成結(jié)晶納米粒子，再把這些粒子涂到布狀碳基質(zhì)上。然后，他們把這種電極沉浸在硝酸鉀（potassium nitrate）電解質(zhì)溶液中。
這種電極在4萬次充電周期后，可保持83%的充電容量，相比之下，鉛酸蓄電池（lead-acid batteries）只能使用幾百個周期，而鋰離子電池通常使用1000次。這種電極也呈現(xiàn)出99%的能量效率。“你希望，充電時輸入的電壓和放電時輸出的電壓相同，”崔毅說。“對比其他任何電池材料，這絕對是最好的。”
杰伊·惠特克（Jay Whitacre）是卡內(nèi)基-梅隆大學（Carnegie Mellon University）材料科學與工程教授，也是鈉離子電池新創(chuàng)公司阿奎恩能源公司（Aquion Energy）的創(chuàng)始人，這家公司在匹茲堡（Pittsburgh），他說，這種電極表現(xiàn)出良好的循環(huán)壽命，但指出，它們的充電容量是比較低的：每克材料60毫安時，相比之下，阿奎恩公司的錳氧化物（manganese oxide）陰極達100毫安時。此外，他說，“它是基于銅，現(xiàn)在，這實際上是相當昂貴的。”
然而，大規(guī)模并網(wǎng)儲電最重要的指標，是每次循環(huán)能量的單價，唐納德·沙德維（Donald Sadoway）說，他是麻省理工學院（MIT）材料科學與工程教授。在這方面，這種新材料具有數(shù)萬次周期，比其他電池都有優(yōu)勢。“最后，就歸結(jié)到成本，”他說。“如果它們能提供這樣的性能，成本大大低于鈉硫（sodium-sulfur），那它們就成為優(yōu)勝者了。”
除了成本和循環(huán)壽命之外，“往返能源效率對于電網(wǎng)儲能也非常重要，這樣，充電過程中就不會浪費能量，”克里斯托弗·約翰遜（christopher Johnson）說，他是阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）電池研究員。雖然不知道新電極的成本，但是，它的效率和循環(huán)壽命“令人印象深刻，”他說。研究人員還需要演示一種完整的電池單元，要有兩個電極，但這可能會改變這些數(shù)字，約翰遜補充說。
迄今制成的電極都是用作陰極。崔毅說，他的小組正在調(diào)整這種材料的化學反應，以制備一種陽極，他們也在研制原型電池。
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