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EPFL物理和分析電化學(xué)實驗室(LEPA)的科學(xué)家開發(fā)了一種新系統(tǒng)，可以解決能源轉(zhuǎn)型的兩個首要任務(wù)：清潔制氫和大規(guī)模儲能。他們的技術(shù)在運輸應(yīng)用中可能特別有用。

隨著包括瑞士在內(nèi)的世界各國加緊努力應(yīng)對氣候變化，尋找化石燃料的替代品，并實現(xiàn)政府設(shè)定的能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)，對可靠的可再生能源的需求正在迅速增長。但是，在找到一種大規(guī)模存儲可再生能源的方法之前，無法將其有效的納入電網(wǎng)。


丹尼克·雷納德(Danick Reynard)是EPFL物理與分析電化學(xué)實驗室(LEPA)的博士生。

“大多數(shù)形式的可再生能源依賴于天氣條件，這導(dǎo)致它們供應(yīng)的電力會出現(xiàn)大幅波動。”

“但電網(wǎng)的設(shè)計并不能應(yīng)對這種波動。”無論天氣如何，氫氣都能持續(xù)提供能源，因此備受關(guān)注。

LEPA的科學(xué)家們已經(jīng)在清潔氫氣生產(chǎn)和能源儲存的雙重挑戰(zhàn)領(lǐng)域研究多年。他們剛剛公布了一個新系統(tǒng)，該系統(tǒng)將傳統(tǒng)的氧化還原液流電池(目前最具前景的大規(guī)模儲能方法之一)與催化反應(yīng)器結(jié)合在一起，該反應(yīng)器可從流經(jīng)電池的液體中產(chǎn)生清潔的氫氣。

LEPA系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)一樣高效，但提供了更大的靈活性和存儲能力。它還能以更低的成本生產(chǎn)清潔的氫氣。相關(guān)研究發(fā)表在了《Cell Reports Physical Science》上。

氧化還原液流電池最有希望用于儲能

氧化還原液流電池由一個電化學(xué)電池分開的兩個槽組成。兩種高度導(dǎo)電的電解液——一種帶正電荷，一種帶負電荷——在罐子和電池之間循環(huán)，引發(fā)電子交換的化學(xué)反應(yīng)。這些電池以電化學(xué)形式儲存能量，就像智能手機中使用的鋰離子電池一樣，但壽命更長，具有靈活的能量產(chǎn)生和存儲能力，這意味著它們可以快速響應(yīng)電力供需波動。

為了創(chuàng)造這個系統(tǒng)，LEPA的科學(xué)家采用了傳統(tǒng)的氧化還原液流電池，并通過添加兩個催化反應(yīng)器來增強它。這些反應(yīng)器從罐內(nèi)循環(huán)的流體中產(chǎn)生氫氣。

雷納德說：“氫是通過催化過程產(chǎn)生的，該過程使用電池的電力將水分子分解成氫和氧兩種成分。但只有在充電的能量是可再生的情況下，這種氫才能被認為是清潔的。”


LEPA儲能-制氫系統(tǒng)原理圖

清潔、純凈的氫與增強和靈活的儲存能力

LEPA的技術(shù)提供了幾個優(yōu)勢，在氫生產(chǎn)和能源儲存過程中。如果只使用傳統(tǒng)的氧化還原液流電池，一旦充滿電，它們就無法儲存更多的能量。

“然而，在我們的系統(tǒng)中，一旦電池充滿電，它可以通過液體放電到外部反應(yīng)堆中。它們反過來產(chǎn)生氫氣，氫氣可以儲存或使用，釋放電池本身的存儲空間，”雷納德說。

LEPA系統(tǒng)生產(chǎn)的氫是純的，只需要干燥和壓縮以獲得最佳儲存。這種系統(tǒng)也比傳統(tǒng)的更安全，因為它是分開產(chǎn)生氧氣和氫氣而不是同時產(chǎn)生，所以爆炸的風(fēng)險更小。

電動汽車充電站的未來？

LEPA的技術(shù)在交通運輸領(lǐng)域尤其有用。隨著越來越多的司機采用電動汽車，對電力和清潔氫的需求將會飆升。為這些車輛充電會給電網(wǎng)帶來壓力，并造成電網(wǎng)運營商難以規(guī)劃的負荷峰值。

雷納德說：“根據(jù)瑞士聯(lián)邦能源辦公室2020年的數(shù)據(jù)，交通行業(yè)占瑞士能源消耗的33%左右。我們的電池，除了生產(chǎn)氫氣，還可以作為緩沖，平滑電力需求的峰值。” 

原標(biāo)題：新技術(shù)讓電動汽車充電站可以結(jié)合制氫和儲能