热再生电池利用低品位废热产生充足的能量

热再生氨电池可以利用低品位余热按需发电。宾州州立大学研究人员领导的一个团队表示，制造这些电池的新工艺提高了它们的稳定性和可负担性，并可能有助于解决该国日益严重的电网规模储能问题。

“我们可以使用氨作为能量载体来利用废热并为一些电池化学物质充电，”能源工程助理教授德里克霍尔说。“但以前的电池化学使用金属锌或铜电极，这在电极稳定性方面存在重大缺陷。我们所做的就是用一种新的铜络合物化学取代这些基于沉积的反应，以解决以前研究人员面临的许多主要问题。"

根据最近的研究，低品位废热是和世界各地未使用能源的重要来源，每年有60太瓦时的能源被发电厂和工业丢弃到环境中。现有技术可以将这种低品位废热转化为能量，包括热电化学电池(TEC)、热再生电化学循环(TREC)和热再生氨电池(TRAB);但是，这些电池配置仍然存在很多限制。

固态TEC比电化学系统更易于操作，但功率密度极低且缺乏储存能量的能力。TECs和TRECs具有更高的热效率，但仍然受到低功率密度的影响，限制了它们的生存能力。科学家们说，其中，TRAB具有最大的功率密度和能效，与其他低品位热技术具有竞争力，但依赖于成本过高的贵金属(如银)或使用快速降解的金属电极。

宾夕法尼亚州立大学的研究人员希望在TRAB中测试全水性铜络合物，希望它们可以提高电池性能和耐用性。他们的研究结果最近发表在《电源杂志》上。

“与电池中使用的其他稀有元素和关键矿物相比，铜的采购和制造要容易得多，”霍尔说。“如果开发出来，像这样的电池化学可以通过利用这些大量未使用的废热源来帮助解决我们日益增长的电网规模储能问题。”

鉴于以前从未在热再生氨电池中使用过全水铜反应，Hall说第一步是看看这种化学反应是否有效。

TRAB的运行方式与其他混合动力和传统液流电池类似。电池电解液包含在储罐中，储罐被泵入电化学反应器以产生或储存电力。反应堆的大小与功率容量直接相关，而罐的大小与能量容量相关。大多数TRAB是混合液流电池概念，因为它们使用氧化还原反应在电极上沉积和耗尽金属。然而，与其他液流电池不同的是，TRAB可以通过氨分离过程使用低品位废热进行充电。

研究人员调查了功率和能量密度的局限性以及通过一系列单电池测试它们如何受到电解质成分和放电电流的影响。通过增加氨浓度，电池的功率密度增加，但能量密度降低。增加放电电流密度增加了放电期间的平均功率密度，而能量密度没有显着损失。增加铜浓度会增加能量密度和能量效率，但不会显着影响功率密度。根据电解质成分，电池产生的功率密度高达每平方厘米30毫瓦，能量密度高达每升2瓦时。这些结果代表了基于膜的低品位废热发电系统所取得的一些最高性能。

“这种电池解决的是我们能源利用过程中的技术差距，”霍尔说。“我们用于化石燃料的输入热量中只有一小部分转化为有用的能源。在某些情况下，超过50%被浪费了，因此能够拥有这样的东西可以利用这种废物流并产生更多的能量，提供了额外的“从这些宝贵的资源中获得价值。通过提高我们的能源效率，对环境有益。”

研究人员的下一步是进一步优化设计本身，并从系统设计和经济角度考虑如何在现场实施这项技术。他们想探索它如何集成到热能系统中，以及它需要多大的物理足迹才能产生可​​用的电力和能量。

“全球能源转型将以多种方式发生，因为脱碳需要在许多不同的部门进行，”宾夕法尼亚州立大学化学工程博士生、该项目的主要作者尼古拉斯·克罗斯说。“这项技术可以通过将新系统与现有基础设施相结合，推动电力和能源生产方式和地点的转变。”

标签：