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澳大利亞一家初創廠商發明了比目前價格便宜100倍的無毒電池電解質

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年12月20日  

今年4月,教授托馬斯和他以前的兩個學生弗雷澤?休森(FraserHughson)和羅漢?博拉(RohanBorah)一起創辦了初創公司AllegroEnergy。這家初創公司試圖將其微乳液電池電解質商業化,盡管其質量主要是水,但已經克服了通常阻礙水基解決方案的電壓限制。


電池電解液


電解質位于電池的陽極和陰極之間,允許離子在兩個導體之間通過。在電池中,電解質通常是水基的或使用有機溶劑,這兩種形式都有各自的問題。例如,以有機溶劑為基礎的溶液往往具有良好的電化學穩定性,但價格昂貴,并有潛在的毒性。對于水基或含水電解質,問題是溶液只能在1.23伏特時保持穩定,此時水會分裂成獨立的氫和氧分子。


因此,當南恩教授開始把注意力放在電池存儲上時,他恰好遇到了這些困擾了研究人員幾十年的問題。“有時候,我就想‘為什么不兩者兼顧呢?’”南恩教授在采訪時表示。


納米乳


當然,微乳液并不像把洗潔精和油加到水里那么簡單,而是水分子和疏水液體的結合,再加上一種表面活性劑,使這兩種通常排斥的溶劑結合在一起。基本上,這種組合是在“微觀”層面上發生的,是無法分割的。“它在熱力學上是穩定的,這讓它們很特別,這就是為什么我們可以將它們用于電池。”南恩教授說。


南教授和他的聯合創始人的發現的關鍵是,如果你使用微乳液作為電池電解質,你可以克服水煩人的1.2伏特的障礙。“這就是秘方。”南恩教授說。


他補充說:“這很不尋常,通常情況下,當你做研究時,99%的情況下你都失敗了,但這馬上就起作用了。它打開了一個全新的研究世界。”


電解液的儲蓄


這個解決方案的美妙之處在于它的簡單,這使得它的制造極其便宜、公平、容易,而且碳密度更低。


根據這家初創公司的模型,超級電容器(這是Allegro計劃關注的第一種儲能形式)的價格中,有70%歸結于電解質的成本。南教授說:“目前一升或一公斤的電解液成本約為10美元,而我們的成本僅為10美分。所以它要便宜100倍。”


目前在超級電容器中使用的電解質也是空氣敏感的,因此在制造過程中需要一個保護氣氛。“這對我們來說沒有必要……這是制造業的一個巨大優勢,因為它要便宜得多。”


“我們還對制造超級帽的碳足跡做了一些估計,僅僅因為沒有那種保護性的大氣,我們就節省了約70%的二氧化碳。”南恩教授補充說。


AllegroEnergy的電解質還幫助電池克服了一個頑固的悖論,即電池既是可再生能源的助燃劑,同時又具有極高的毒性,難以回收。一般來說,電解質是電池中最危險和最具腐蝕性的元素之一,但Allegro的微乳液電解質組合不存在任何“問題”,這使其符合循環經濟的長期愿景。


用例:超級電容器


南恩教授發現了解決方案后,他和他的團隊開始篩選不同類型的電池,并評估在哪些地方效果最好。其中有兩個特別突出:超級電容器和氧化還原流電池。


超級電容器的工作原理與電池相似,但不涉及化學反應。而是簡單地通過物理分離電荷來儲存和獲取能量。


特斯拉已經開始將超級電容(微型)與鋰離子電池連接在一起,在鋰離子電池上滑行之前,利用超級電容產生加速的能量爆發。


著眼于運輸業的潛力,Nann教授將首先關注澳大利亞最大的排放行業之一的采礦業。由于受到越來越多的審查,許多主要公司已經開始承諾碳減排目標,南恩教授表示,這意味著他們所有的流程都將電氣化。當然,這提供了巨大的潛力。


超級電容的充放電速度非常快,例如,紐卡斯爾的有軌電車就使用了超級電容,它在線路上停車的20秒內充電。與有軌電車一樣,卡車和其他采礦運輸也遵循可預測的路線,這使得快速轉型的行業成為Allegro的完美候選。


用例:氧化還原流電池


柵極氧化還原流電池是Allegro計劃探索的另一個領域,無論是與超級電容器耦合,還是與電解液集成。


當你在電網層面儲存能量時,你想要的是一種既便宜又大的東西,而氧化還原流恰好適合這一點。但是你從中得到的能量和響應時間真的很糟糕……系統需要大約一分鐘才能對需求做出響應。


這些緩慢的響應時間抑制了電池對快速電涌和波谷的響應,這對電網穩定性和頻率控制輔助服務(FCAS)市場的交易都是一個問題,這已被證明是澳大利亞大型電池極其有利可圖的市場。


南教授說:“如果你現在把氧化還原流電池和超級電容器結合起來,它的響應時間非常快,你幾乎可以對任何需求做出實時響應。”


電池制造障礙


由于Allegro的電解液價格低廉、易于生產且無毒,這家初創公司已經遇到了一個障礙:澳大利亞的電池生產能力完全不足。


在南恩教授看來,有兩種解決方案。第一個也是最不可取的是將生產轉移到海外。


他說:“我們正在考慮的另一項戰略是從小規模起步,然后實現有機增長。”目前,這家初創公司正處于“實驗室規模”,南恩教授希望該公司能夠逐步擴大小規模生產,并隨著收入的增加而繼續增長。


目前,Allegro還在尋找商業合作伙伴和合作者,這可能也會緩解一些生產僵局。


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