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突破!液态纳米燃料电池可解决电车安全性和续航问题

日期:2022-08-18    来源:较高端科普

国际储能网

2022
08/18
10:53
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关键词: 液态电池 储能电池 纳米点燃料

2022年8月5日,Influit Energy联合创始人兼首席执行官John Katsoudas对外宣布:“我们创造了一种基于复合材料的新型液态电池,这种电池是一种纳米流体,其中的纳米颗粒是电池活性材料,我们称之为纳米电燃料(Nanoelectrofuel,NEF)。NEF使电车像燃油车一样,通过在电池换液站补液或换液,瞬时补足电量,解决续航焦虑!我们将所有的技术都融合在一起,创造出了世界上第一种可充电、安全的电动燃料,而且这种燃料稳定、安全、可循环、零排放以及可定制。”

NEF是什么?怎么工作的?

NEF的设计采用了Nanoelectrofuel?---一种独特的液体,其中微小的电池活性颗粒可永久悬浮,可在定制的液流电池中多次充电和放电。纳米电燃料电池的运行容量比传统液流电池大得多,它还具有许多其他优势,其中包括热安全性、成本更低、效率更高、灵活性和适应性。高能量密度纳米电燃料的使用为跨学科的科学探索提供了广袤的空间,并有望彻底改变储能现状。

在放电过程中,电子通过电路移动,而锂离子通过离子交换膜移动到对面电极。充电过程,与之相反。

与传统电池相比,这种电池技术的创新提供了一个关键优势:其储能材料(即纳米电燃料)可以与其充电装置、流动电池分离。例如,纳米电燃料可以在太阳能发电厂充电,并通过专门设计的卡车或铁路运输到市场。这种燃料可用于多种用途,例如为电动汽车或电动工具提供燃料、为家庭供电等。在给液体充电时,用户可在回收液体站连入电网或用已充电的纳米电燃料替换无电燃料。

利用纳米电燃料的独特特性,可以通过调整纳米颗粒的尺寸和组成以及流通池材料的大小和形状等变量来轻松优化流通池设计。纳米电燃料可以存储在流动电池的外部,并在通过封闭回路中的电池时充电或放电。新型流通池也可使用廉价的导电材料。

NEF的超越性

电池系统本身非常灵活:可以使用任何形状或大小的纳米电燃料储罐,并且可以根据需要相对于液流电池堆进行定位。在电动汽车中,这一点尤为重要。目前,电动汽车必须围绕电池的要求进行“设计”。另一方面,采用纳米电燃料的液流电池几乎可以以任何形状放置在电动汽车的任何位置——例如,可以将储罐放置在最安全的地方,以防发生碰撞。

作为一种新型电池,NEF具有高度灵活的系统。独特的液流电池-纳米电燃料组合提供了与传统固态电池不同的特性,为任何依赖能量存储运行的行业或应用提供了有吸引力的替代方案。这种尖端创新的稳定性和低成本使其成为众多可互换工业设计应用的理想选择,尤其是以下应用:

(1)运输(用于电动和混合动力汽车的可充电液体电池、快速加油、零排放);

(2) 固定式电力存储(用于大规模负载均衡和本地房屋备用系统的电池系统),包括可再生能源(间歇性风能和太阳能发电的高效储存和分配能源)和军用设备(能量集中、响应速度快、维护方便)。

研究团队总结了NEF的以下优点:

1、安全性

电动汽车的电池安全是一个关键问题。纳米电燃料卓越的传热能力使液流电池成为电动汽车比目前使用的电池更安全的选择。

2、设计灵活性

该系统提供了几乎无限数量的设计选项。它提供可变的功率和能量密度额定值,任何形状的储罐都可以根据流通池堆的需要进行定制。

3、高能量密度

纳米电燃料动力液流电池的容量是传统液流电池的10倍以上。

4、高效、响应迅速

纳米电燃料表现出快速响应、高充电/放电效率和延长的燃料循环寿命。

5、可运输

NEF可泵送且化学稳定,纳米电燃料易于获取。

6、更小的体积

纳米电燃料可以在更小的数量级上实现强大的固定安装。

7、生产上具有高性价比

纳米电燃料可以在国内生产,无需复杂的工厂组装或密封包装。

8、环保

可充电液体纳米电燃料可回收且可持续,零排放。该技术提供了一种将电极材料与其他电池组件分离以进行处置或回收的简便方法。

NEF进展迅速,美国军方迅速切入

Influit Energy始于2009年,是伊利诺伊理工大学“衍生”的初创公司,其联合创始人为伊利诺伊理工大学化学研究副教授Elena Timofeeva(首席运营官兼研发总监)和伊利诺伊理工大学物理系教授Carlo Segre(首席技术官兼首席财务官)。Segre还是伊利诺伊理工大学同步加速器辐射研究和仪器中心的主任,该中心在阿贡国家实验室经营两个高级光子源部门,并为Influit Energy提供可用资源。美国政府也在Influit Energy的发展中发挥了关键作用,授予该公司超过1000万美元的合同,以资助NEF液流电池原型的设计和制造,这将使多家机构能够在电动汽车和飞机中使用Influit Energy的电池。

2022年6月,Influit团队成功完成了对电动多功能车的首次NEF液流电池测试,并在商业化合作伙伴现场进行了演示。目前,Influit正在与美国国防部国防高级研究计划局(DARPA)合作两个独立项目:一个是展示液态电池在多功能电动汽车中的有效性,另一个是研究如何优化和扩大NEF电池的制造,并减少电池的质量和体积。此外,Influit同步参与NASA、DARPA以及由美国空军运营的两个赠款授予计划:促进军队、学术界和跨界合作的创新团队工业(AFWERX)和小企业创新研究计划(AFRL SBIR)。

Influit战略性地设计了五个由政府资助的独立项目,作为闭环能源生态系统的组成部分协同工作,并希望有朝一日能够更广泛地商业化。目前,除了DARPA的两个独立项目外,这种生态系统的组成部分由AFWERX资助的加油喷嘴和控制系统;由美国宇航局资助的用于快速充电流体的充电器;由AFRL SBIR资助,采用第二代NEF化学技术,最终将提供四到五倍的能量密度增加,可以满足空军对能量密度、工作温度范围、无火灾/爆炸危险,并且由廉价、国内采购、地球资源丰富的材料制成的需求。

NEF电池中的液体可以在任何地方使用该市场上可用的任何充电机制进行充电,Influit力求交通运输的完全电气化,不会破坏电网的交通电气化,以及不需要重建数万亿美元的能源分配基础设施。”

Timofeeva表示:“NEF液流电池独特的高能量密度液体形式允许在不同的设备中使用相同的液体,这意味着在充电站从可再生能源或电网充电的液体可用于快速为车辆加油,或用于固定存储和其他大型便携式应用。排出的液体可以返回充电/加油站进行充电,也可以通过插入电源在设备内部充电。当你试图做一些变革性的和新的事情时,你需要时间,而且你不能过度扩张。我们正朝着同一个目标迈进——真正实现技术商业化。”

Katsouda表示:“我们现在所做的一切都是为了开发闭环能量循环的具体目标,即你的电池不是固体材料,而是液体。你可以把电池当作燃料,注入移动设备——汽车、卡车、飞机,以及任何需要电气化的东西。我们的每一份合同都在为该生态系统整体发展的不同方面提供资金。”


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