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MIT邵陽最新Joule：低成本二氧化錳半固態(tài)液流電池，比鋰電更便宜！

二氧化錳儲量豐富、成本低，有可能用作液流電池等長效儲能技術(shù)的半固態(tài)電極。然而，與全液流電池的電解液相比，半固態(tài)電極對泵送的要求更嚴(yán)格，這可能會限制其技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性。

在此，麻省理工學(xué)院（MIT）邵陽（Yang Shao-Horn）教授、Thaneer Malai Narayanan等人設(shè)計(jì)了一種用于Zn-MnO₂半固態(tài)液流電池（SSFB）的可充電MnO₂半固態(tài)電極。通過對電極性能的實(shí)驗(yàn)表征和對SSFB的自下而上的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，確定了不同電極成分對所得電化學(xué)和流變性能的影響，以及系統(tǒng)級Zn-MnO₂ SSFB的隔夜成本。

往復(fù)泵的成本及其功耗是SSFB總成本的主要貢獻(xiàn)者。通過特定的配方策略，如增加MnO₂濃度和降低炭黑濃度，可能會降低泵的功耗從而降低電力和能源成本。此外，通過增加與每個泵并聯(lián)連接的電池?cái)?shù)量來減少系統(tǒng)中使用的泵數(shù)量也可以達(dá)到相同的目的。

圖1. SSFB 的資本成本分析

通過使用穩(wěn)定且均質(zhì)的MnO₂半固體電極，假設(shè)電池與泵的數(shù)量之比為100:1，作者計(jì)算了優(yōu)化的Zn-MnO₂ SSFB隔夜能源和電力成本分別為48 $/kWh和1,120 $/kW。在放電持續(xù)時(shí)間為24小時(shí)或更長的條件下，Zn-MnO₂ SSFB可以與其他電化學(xué)儲能系統(tǒng)（如鋰離子和釩氧化還原液流電池）競爭。

甚至在更長的放電持續(xù)時(shí)間（例如72小時(shí)）下，Zn-MnO₂ SSFB比二者更便宜，成本僅略高于氫基儲能系統(tǒng)。這項(xiàng)研究為進(jìn)一步研究用于電網(wǎng)規(guī)模儲能的半固態(tài)液流電池提供了技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)激勵。

圖2. Zn-MnO₂ SSFB與其他儲能系統(tǒng)的成本比較

Low-cost manganese dioxide semi-solid electrode for flow batteries, Joule 2021. DOI: 10.1016/j.joule.2021.07.010

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