铁空气电池,全球最便宜的储能系统,会成为改变能源格局的关键吗
化石燃料导致气候变化 , 对气候的关注引发对再生能源的关注 , 但是储存却成为一个大问题 , 电池技术在今天变得极为重要 , 现在最火的电池有锂离子电池 , 钠离子电池等等 。
今天我们来介绍一个 , 用铁作为原料的电池 , 铁已经存在了很久 , 用铁制造的电池已经出现 , 它是由特斯拉固定电池部门的前副总提出 , 他毕业于麻省理工学院 , 有许多有关于电池技术的论文 , 铁是恒星内核聚变的终点 , 所以很多物质最后都变成了铁 , 但在很长一段时间内 , 人们不认为它的 , 储量非常丰富 , 因为周围总有很多东西与它结合 , 而不是独立存在 。
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古代唯一的纯铁来自于一个没有氧气的地方 , 由铁合金组成的陨石有时会降到地球上 , 它是但是所有人类文明中 , 最大的金属铁来源 , 那时候铁不仅珍贵 , 还带着许多神秘色彩 , 陨石摩擦大气层的热度 , 足以冶炼铁的氧化物 , 这打破铁氧键的结合 , 点燃了人类文明的新时代 。
从能量上讲 , 那是最有利的物质形式 , 当金属铁变成氧化铁时 , 会有一些能量被释放出来 , 这就是这个电池的原理 , 让我们看看一个完全放电的电池 , 铁作为阳极 , 碱性水作为电解质 , 氧气呼吸膜作为阴极 , 当你给电池充电时 , 你开始向阳极输送电子 , 溶液是红色的 , 这是与氢氧根离子结合的 , 亚铁离子的特征颜色 , 当亚铁离子得到两个电子时 , 它又变成了金属状态 , 而氢氧根离子被拉向阴极 , 在那里它放弃了四个电子 , 变成氧气和水 , 水补充了电解质氧气被放出 。
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当我们想使用储存在电池中的能量时 , 我们需要使铁生锈 , 所以我们把氧气吸入 , 在催化剂的帮助下 , 我们给氧气增加电子 , 使其离解成氧离子 , 这些与水反应形成氢氧根离子 , 迫使铁放弃其电子重新变成铁锈 , 呼吸空气的阴极 , 确保没有像二氧化碳这样的杂质扰乱电池 , 催化剂确保进来的氧气得到四个电子 , 后者会产生过氧化物离子 , 这可能会损坏电池的部件 。
而如果你想知道为什么电解质是碱性的 , 那是因为岩石可以溶解在酸性介质中 , 而且在充电的时候 , 你可能会得到铁离子 , 使阳极和阴极短路 , 这也是此前铁电磁一直遇到的问题 , 使用可再生的为这些电池充电 , 让它们提供多天的电力储存 , 铁非常丰富和常用的材料 , 所以他们预计会非常便宜 , 农场能源有望实现每千瓦时20美元的存储 , 而锂离子电池则为每千瓦时50美元 。
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因此 , 即使他们不能像竞争对手那样持续很长时间 , 他们最终还是会便宜很多 , 一个电池可以有10,000的循环寿命 , 这将相当于30年 , 而且我们不需要担心这些电池的寿命终结问题 , 铁真的很容易被回收 , 而且回收这些电池所需的能量 , 比其它电池要少得多 。
既然该电池这么便宜 , 为什么现在还没有大规模的推广呢 , 是不是因为大石油 , 天然气 , 氢气的影响呢 , 实际上主要原因似乎是呼吸膜 , 在七十年代 , 当铁空气电池首次被研究时 , 在阳极吸入的空气会有很多杂质 , 会与电解质发生反应 , 导致电池在短短的10个 , 或数百个循环中失去容量 , 农场能源膜是通过收购一家 , 正在研究锌空气电池的公司获得的 , 因此 , 虽然这个概念已经知道了很久了 , 将其大规模付诸实施所需的技术 , 直到最近才存在 。
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