麻省理工學院機械工程系的研究人員近日開發(fā)出一種新型無膜氫溴電池，其性能與傳統(tǒng)的有膜電池相當，卻大大降低了成本，在低成本高容量電化學儲能技術(shù)上取得了新的進展，有望深刻改變當今的能源格局。
當今儲能技術(shù)成本太高
在當今的能源市場上，電能來源十分豐富，既有傳統(tǒng)的煤電、油電、水電，也有正在大力發(fā)展的風能、太陽能等間歇性能源。用戶的需求也不是衡定不變的，存在著用電的波峰波谷。因此一個不容忽視的重要技術(shù)環(huán)節(jié)就是儲能技術(shù)。所謂的儲電能力意味著當電力供應充足時，可將其儲存起來，需要電時，則可以提供。儲能能力強不僅可以確保骨干電網(wǎng)和分布式電網(wǎng)高效穩(wěn)定地提供電力供應，也是大規(guī)模使用太陽能和風能等間歇性能源的有力保障，尤其是發(fā)展中國家及移動業(yè)都對便攜式儲能裝置有著強烈的需求。
電化學儲能系統(tǒng)，如電池和燃料電池等，在儲能技術(shù)上的應用前景十分廣闊。它們可以快速高效地充放電。特別是在利用太陽能或風能時，可以在太陽照耀時儲存電能，或風力強勁時儲能，然后在多云或風淡的時候，在幾分鐘內(nèi)把電供應出來。此外它們還十分靈活便捷，哪里需要，就可以把他們放置在哪里。
不過電化學儲能系統(tǒng)面臨的最大問題是成本問題，即便是最好的電化學儲能裝置要想擁有較大的容量，其成本也會令人難以接受。舉例來說，一卡車大小的鋰電池可以提供大量的能量，但是成本實在太高了。因此發(fā)展可再生能源與其說是技術(shù)問題，倒不如說是缺少具有成本效益的儲能技術(shù)手段。
隔離膜：氫溴儲能系統(tǒng)的最大難題
在研究和探索大規(guī)模電化學儲能裝置的過程中，人們開始把注意力集中在氫溴儲能系統(tǒng)。這兩種反應物有一些獨特的品性，引人關(guān)注。和鋰相比，溴價格便宜，容易獲得，且儲量豐富。其原子序數(shù)為35，是一種鹵素，最外層上有7個電子，容易形成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以是活潑的非金屬單質(zhì)，而氫恰恰可以提供一個電子。因此在氫和溴之間可極其迅速地發(fā)生化學反應，其速度比氫氧反應要快，其電流也較大，而目前的高容量電化學儲能裝置大多依靠氫氧化學反應。
但當氫和溴發(fā)生自發(fā)反應時,由于反應過于迅速，其能量大多會以熱能的形式白白浪費掉。為了解決這一難題，電化學儲能系統(tǒng)的設(shè)計師們通常利用價格不菲的隔離膜將其分開。有膜氫溴儲能系統(tǒng)又存在另外一個問題，就是隨著時間的推移，當電化學儲能設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生氫溴酸后，會損壞隔離膜。因此，30年來氫溴液流電池的研究進展十分緩慢。
其實答案十分明顯，如果要想有效地開發(fā)利用氫溴電化學儲能系統(tǒng)，最重要的是要想辦法擺脫掉隔離膜。有這樣想法的人很多，不僅是現(xiàn)在的科學家想到了，過去也有人想到過這樣的方法。在過去的10年中，有許多科學家已經(jīng)開發(fā)出了無膜氫溴電化學儲能系統(tǒng)。這些系統(tǒng)主要利用流體力學的層流技術(shù)，使反應物發(fā)生分離。在正確的條件下，兩種液體流并行流動，兩者之間很少或幾乎不發(fā)生混合。不過這樣的無膜電化學儲能系統(tǒng)的電功率從來沒有超過有膜系統(tǒng)，因此無膜電化學儲能系統(tǒng)一般作為一種學術(shù)興趣來開展研究，在商業(yè)上不存在可行性。
