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热再生氨电池可以根据需要从低级废热中产生电力。据、宾夕法尼亚州立大学研究人员领导的一个小组称,一种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增长的电网规模的储能问题。


能源工程助理教授德里克·霍尔表示,可以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。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有很大的缺陷。需要用一种新的铜络合物化学来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,低级废热是美国和世界各地未使用能源的重要来源,每年发电厂和工业向环境中排放60太瓦时的能源研究。现有技术可以将这种低级废热转化为能量,包括热电化学电池(tec)、热再生电化学循环(TRECs)和热再生氨电池(TRABs然而,这些电池配置仍然有很多限制。


固态tec比电化学系统操作更简单,但是表现出极低的功率密度,并且缺乏储存能量的能力。tec和TRECs具有更高的热效率,但是仍然受到低功率密度的困扰,限制了它们的可行性。科学家们说,在这些技术中,TRABs的功率密度最大,能效与其他低级热技术相竞争,但它们要么依赖于成本高昂的贵金属,如银,要么依赖于快速降解的旧金属电极。


在美国能源部的资助下,宾夕法尼亚州立大学的研究人员希望在TRABs中测试全水铜络合物,希望它们可以提高电池的性能和耐用性。他们的研究结果最近发表在了能源杂志。


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,如果得到开发,像这样的电池化学物质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的储能问题。


鉴于全水铜反应以前从未用于热再生氨电池,第一步是看看这种化学反应是否可行。

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TRABs的操作与其他混合和传统液流电池类似。电池电解液装在储存罐中,被泵入电化学反应器以产生或储存电能。反应器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TRABs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消耗金属。然而,与其他液流电池不同,TRABs可以通过氨分离过程利用低品位废热进行充电。


研究人员通过一系列单电池测试,研究了功率和能量密度的限制,以及电解质成分和放电电流对它们的影响。通过增加氨浓度,电池的功率密度增加,但是能量密度降低。增加放电电流密度增加了放电期间的平均功率密度,而能量密度没有显著损失。增加铜浓度增加了能量密度和能量效率,但是没有显著影响功率密度。根据电解质的组成,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级废热发电系统所达到的最高性能。


这种电池解决的是我们能源利用过程中的一个技术差距,用于化石燃料的热量只有一小部分转化为有用的能量。在某些情况下,超过50%的废物被浪费掉了,所以能够有这样的东西,可以利用废物流并产生更多的电力,从这些宝贵的资源中提供额外的价值。通过提高我们的能源效率,这对环境是有益的。


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。他们想探索如何将它集成到热能系统中,以及它需要多大的物理足迹才能产生可用的功率和能量。


全球能源转型将以无数种方式发生,因为脱碳需要在许多不同的领域发生,这项技术可以通过将新系统耦合到现有的基础设施,推动电力和能源生产方式和地点的转变。


伯克希尔哈撒韦公司旗下的路博润公司为宾州州立大学的这项研究提供建议,以确保项目目标符合行业需求。路博润公司为广泛的工业应用开发储能技术。


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