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全球最便宜的储能系统是铁空气电池,它的技术现状和前景如何

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。

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。

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。

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。

许多人或许还有另外一个疑问,如果这能在一定的重量下,比锂离子电池储存更多的能量,那为什么我们不使用在电动汽车上,那是因为我们离达到理论上的能量密度,还有很长的路要走,氧化反应主要发生在铁球的表面,他们作为阳极使用的时候通常不会停在表面,它是非常多孔的,进入铁内部的氧气和水分较少,但在这种情况下,自然不能让整个阳极溶解成粉末,所以循环可能只影响到最外面的一层,因此,比能量可能更接近理论最大值的十分之一,大约为每公斤八十瓦特小时。

这里有一个隐藏的线索,你认为这些电池的效率是多少?,这些电池的效率是50%,当你把电子抽到阳极的时候。,其中一些可能将氢离子还原成氢气,而作为电池效率如此低下的部分原因,锂离子要好得多超过90%的氢气更差,但你基本上可以永远储存它,加上你可以在氢气汽车中使用它,这种效率的唯一好处就是成本效益,电力真的很便宜,可再生能源可以有低电价,甚至是负电价。

还有最后一件事你应该知道,用一英亩的土地,可以生产一到三兆瓦的电力,像韩国的锂离子电池系统,可以有二十倍的功率密度,而铁电池可以很好地与锂离子系统一起工作,混合系统可以在短时间内提供高功率,在多天内提供低功率,如今,这个电池已经进入实验阶段,不失为一个未来电池的好选择,与锂离子电池相互组合,或许能够改变未来的能源格局。

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