新設計多孔電極提升液流電池性能
水 登 |
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研究由該校化學工程教授領導
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研究比較了多種TPMS構型後發現，“鑽
石”構型表現最佳。
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?經過熱處理的電極顯示出多孔結構，精細細節在熱處理後依然保留。
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| 新設計多孔電極提升液流電池性能 加拿大滑鐵盧大學科學家從自然結構中汲取靈感，重新設計了氧化還原液流電池的關鍵部件——多孔電極。新電極能使電解液在電池內部更順暢高效地移動，從而促進儲能與釋能反應更充分進行。這一設計有望讓液流電池更便捷、更安全地儲存風能和太陽能發電產生的大量電能。相關論文發表於最新一期《儲能雜誌》。 風能和太陽能等可再生能源具有間歇性，常常“靠天吃飯”，未必總能在電網需要時發電。因此，需要把多餘電能先儲存起來，待需要時再送回電網，液流電池有望在其中發揮關鍵作用。 液流電池的工作原理不同於手機、電動汽車和許多儲能系統中常見的鋰離子電池。它採用更安全的水基電解質，而非鋰離子電池常用的易燃材料。而且，液流電池並不把能量儲存在固體材料中，而是儲存在外部儲罐的液體電解質裡。只要增大儲罐體積，就能擴展儲能容量，因此特別適合大規模可再生能源存儲和電網應用。 此次的關鍵創新在於採用了三周期極小曲面(TPMS)幾何結構。這是一種由周期性重複單元構成的三維曲面，類似結構可見於蛋白質外殼、細胞骨架等自然形態。憑藉獨特的力學與傳輸性能，TPMS結構已在材料科學、生物醫學工程和能源存儲等領域得到廣泛應用。 經過測試多種TPMS設計，團隊發現一種名為“鑽石”的幾何結構效果最佳，能使電池性能提高百分之五十二。隨後，他們使用數字光處理3D印表機列印出多孔結構，並進行熱處理，使其轉化為能導電的碳電極。 團隊在液流電池中成功測試了該電極，證明3D列印設計能在電池中實際發揮作用。新電極能精准控制電極結構與流體流動，因此有助提升電池性能。這一概念驗證有望為設計更高效的大規模儲能液流電池鋪平道路。 水登
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