氫溴燃料電池的發(fā)展 關(guān)鍵問(wèn)題尚需解決

話題背景

據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，目前，美國(guó)麻省理工學(xué)院機(jī)械工程副教授卡倫·布伊與研究小組最新設(shè)計(jì)出一種新型可充電流體電池，無(wú)須依賴(lài)于造價(jià)高昂的間隔膜來(lái)生成和存儲(chǔ)電能。流體電池原型每平方厘米產(chǎn)生的能量是其他間隔膜電池系統(tǒng)的3倍，其功率密度以數(shù)量級(jí)高于多數(shù)鋰離子電池和其他商業(yè)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰看鎯?chǔ)系統(tǒng)。這項(xiàng)最新研究報(bào)告發(fā)表在近期出版的《自然通訊》雜志上。

可再生能源正逐漸由輔助能源變?yōu)橹鲗?dǎo)能源。但由于可再生能源具有不連續(xù)、不穩(wěn)定和不可控的非穩(wěn)態(tài)特性，使得可再生能源的普及應(yīng)用需要配置大規(guī)模(功率大和容量大)儲(chǔ)能技術(shù)。因此，大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

判斷大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)市場(chǎng)前景如何，必須同時(shí)兼顧3個(gè)方面：1. 安全性﹔2. 生命周期的經(jīng)濟(jì)性﹔3. 生命周期的環(huán)境負(fù)荷。尤其需要注意的是，對(duì)于大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)而言，由于輸出功率和儲(chǔ)能容量大，發(fā)生安全事故或者環(huán)境友好性不好，會(huì)造成嚴(yán)重的危害和重大損失。

近幾年來(lái)人們提出了多種可充電液流電池或流體電池，如鋰離子流體電池、氫氯流體電池、氫溴流體電池等。特別是氫氯流體電池、氫溴流體電池國(guó)內(nèi)外有許多單位都在研究。近年來(lái)，研究人員也提出了多種不需要離子交換膜的液流電池。

如中國(guó)工程院院士楊裕生的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的鋅鎳單液流電池體系。英國(guó)南安普頓大學(xué)Derek Pletcher研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了鉛酸單液流電池體系等，這些體系與已達(dá)到實(shí)用化技術(shù)成熟度的全釩液流電池相比，僅僅是在某一個(gè)方面有一些優(yōu)勢(shì)或有一些創(chuàng)新。但是在綜合性能方面還有很多問(wèn)題。

卡倫研究團(tuán)隊(duì)最近在《自然通訊》雜志上發(fā)表的氫溴燃料電池，利用在直接甲醇燃料電池中已有相關(guān)研究的層流原理的兩相流技術(shù)，通過(guò)電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，省略了容易被反應(yīng)生成物氫溴酸腐蝕的正、負(fù)極之間的隔膜。

由于以杜邦公司的Nafion離子交換膜為代表的全氟磺酸膜價(jià)格昂貴。所以有一種誤解，認(rèn)為電池只要使用隔膜成本就會(huì)很高，其實(shí)鉛酸電池隔膜和國(guó)產(chǎn)的鋰離子電池多孔隔膜和全釩液流電池用非氟離子傳導(dǎo)膜成本都很低。

另外，從電池正負(fù)極活性物質(zhì)、反應(yīng)產(chǎn)物特性及反應(yīng)特點(diǎn)分析，卡倫團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這種電池能否有應(yīng)用價(jià)值，尚有一系列科學(xué)和技術(shù)難題有待突破。

首先是電池中使用了溴。溴是具有刺激性氣味的發(fā)煙揮發(fā)性液體，其煙霧能強(qiáng)烈地刺激眼睛和呼吸道，對(duì)多數(shù)金屬和有機(jī)物均有侵蝕作用。具有毒性。其二，電池反應(yīng)生成物氫溴酸具有強(qiáng)酸型和與鹽酸相似的刺激味。除鉑、金等貴金屬外，對(duì)其他金屬皆有腐蝕性，生成金屬溴化物。其三，電池反應(yīng)需要消耗氫氣，氫氣的來(lái)源問(wèn)題有待解決，如果以電解水制氫，產(chǎn)生1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)立方米的氫氣需要4kW​​h(度)電，而1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)立方米的氫氣通過(guò)燃料電池發(fā)電，僅能發(fā)不到 1.5 kWh(度)電。所以，這種電池的能量效率將會(huì)很低。

綜上所述，從氫溴燃料電池本身特性而言，仍然有很多關(guān)鍵問(wèn)題尚須解決，有無(wú)應(yīng)用價(jià)值仍然需要進(jìn)一步的研究才能判斷。