依靠層流技術(shù)的關(guān)鍵是防止反應(yīng)物達(dá)到“錯(cuò)誤”的電極。這種現(xiàn)象稱(chēng)為交叉，可對(duì)陽(yáng)極催化劑造成損害。在新設(shè)計(jì)中,金屬網(wǎng)可使氫氣進(jìn)入電解液。
根據(jù)最新的數(shù)值模型，研究人員發(fā)現(xiàn)，在電池的不同地方分子溴的濃度不同。在陰極，溴變成氫溴酸，溴在擴(kuò)散到電解液的流動(dòng)過(guò)程中，其濃度會(huì)降低。如果時(shí)間充分，溴最終會(huì)流動(dòng)到陽(yáng)極，帶來(lái)不必要的交叉影響。不過(guò)研究人員在設(shè)計(jì)中注意到了這個(gè)問(wèn)題，并采取了措施以確保溴分子反應(yīng)物不會(huì)達(dá)到陽(yáng)極。
原型電池儲(chǔ)能的高效率及低成本令人欣喜
為了測(cè)試無(wú)膜氫溴儲(chǔ)能系統(tǒng)的概念，研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)小的原型電池。它由兩個(gè)0.8毫米的電極，1.4厘米長(zhǎng)的流道及引導(dǎo)反應(yīng)物進(jìn)入設(shè)備的入口組成。研究人員根據(jù)不同的流量和不同的反應(yīng)物濃度對(duì)原型電池進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。即便在尚未優(yōu)化的條件下，該電池在室溫和室內(nèi)壓力下，其最大功率密度為795毫瓦每平方厘米(mW/cm2)。其性能與最佳有膜氫溴電池相當(dāng)，比其他無(wú)膜電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備高兩到三倍。
原型電池的充電效率同樣令人興奮。研究人員在閉環(huán)模式下，把回收的反應(yīng)產(chǎn)品充入設(shè)備中進(jìn)行充電。在反向操作中，對(duì)純氫溴酸加電，成功制備出氫和溴。正向和反向模式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，反應(yīng)物濃度越高，功率密度越高，雙向電壓效率達(dá)200mW/cm2的超過(guò)90%，是峰值功率的25%。這些結(jié)果表明原型電池的充放電效率均具有非常大的潛力。
初步的成本估算也令人十分欣喜。傳統(tǒng)的有膜燃料電池，催化劑和隔離膜約占總成本的一半。新氫溴電池不需要隔離膜，沒(méi)有陰極催化劑，陽(yáng)極催化劑用量很少。此外，由于氫溴電池的功率密度較高，系統(tǒng)所需能源大小減少，這也進(jìn)一步降低了成本。研究人員目前還在繼續(xù)改善他們的系統(tǒng)，試圖讓電極靠得更近，以獲得更高的功率密度。由于所有的反應(yīng)發(fā)生得很快，即便沒(méi)有隔離膜的限制，氫離子穿過(guò)電解液的速度依然有一定的限制。此外，他們正在開(kāi)發(fā)全新的電池結(jié)構(gòu)，確保電解液在閉環(huán)操作的捕獲和回收過(guò)程中，不含有溴分子。
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