质子的所有力量：研究人员使电池突破

来自澳大利亚墨尔本皇家理工大学的研究人员首次展示了一种可充电的“质子电池”，它可以重新连接我们为家庭，车辆和设备供电的方式。

可充电电池是环保的，并且具有进一步发展的潜力，比现有的锂离子电池存储更多的能量。

质子电池的潜在应用包括来自太阳能光伏板的家用电存储，正如特斯拉'Power Wall'目前使用锂离子电池所做的那样。

通过一些修改和扩大，质子电池技术也可用于电网的中等规模存储 - 如南澳大利亚的巨型锂电池 - 以及为电动汽车供电。

工作原型质子电池使用碳电极作为氢存储器，与可逆燃料电池相结合以产生电力。

首席研究员约翰安德鲁斯教授表示，这是碳电极加上来自水的质子，为质子电池提供了环境，能源和潜在的经济优势。

“我们的最新进展是迈向廉价，可持续质子电池的关键一步，它可以帮助满足我们未来的能源需求，而不会进一步破坏我们已经脆弱的环境，”安德鲁斯说。

“随着世界向固有变量的可再生能源发展，以减少温室气体排放和应对气候变化，对电能储存的需求将会非常庞大​​。

“质子电池是满足这种巨大能量储存需求的众多潜在因素之一。用质子为电池供电有可能比使用由恐慌资源制造的锂离子更经济。

“碳是我们的质子电池中使用的主要资源，与金属储氢合金和可充电锂离子电池所需的锂相比，价格昂贵且便宜。”

在充电期间，电极中的碳与借助于来自电源的电子分裂水而产生的质子结合。质子再次释放并通过可逆燃料电池返回以与空气中的氧气形成水以产生电力。与化石燃料不同，碳不会燃烧或在此过程中引起排放。

研究人员的实验表明，他们的小型质子电池，内部表面积仅为5.5平方厘米(小于20美分硬币)，已经能够存储每单位质量的能量，与市售的锂离子电池一样多。这是在电池优化之前。

“未来的工作现在将集中在通过使用原子级薄层碳基材料(如石墨烯)来进一步提高性能和能量密度，质子电池的目标是真正具有竞争力的锂离子电池，”安德鲁斯说。 。

RMIT对质子电池的研究部分由澳大利亚国防科技集团和美国海军研究全球办公室资助。

质子电池如何工作

工作原型质子电池结合了氢燃料电池和基于电池的电力的最佳方面。

最新版本将用于固态氢存储的碳电极与可逆燃料电池相结合，以提供集成的可充电单元。

在质子电池中成功使用由活性炭制成的电极是向前迈出的重要一步，并在国际氢能源杂志上报道。

在充电期间，通过可逆燃料电池中的水分解产生的质子通过细胞膜传导，并借助于由施加的电压供应的电子直接与存储材料结合，而不形成氢气。

在供电模式下，这个过程是相反的; 氢原子从储存中释放出来并再次失去电子成为质子。然后这些质子通过细胞膜返回，在那里它们与来自外部电路的氧和电子结合，重新形成水。

质子电池的主要潜在优势是比传统氢气系统高得多的能量效率，使其可与锂离子电池相媲美。消除了与氢气释放和分裂成质子相关的损失。

几年前，RMIT团队表明，带有金属合金电极的质子电池可用于储存氢气，但其可逆性和可再充电性太低。所用的合金也含有稀土元素，因此重且昂贵。

最新的实验结果表明，由酚醛树脂制成的多孔活性炭电极能够在电极中储存约1wt%的氢。这是一种已经与市售锂离子电池相当的单位质量能量，即使质子电池还远未得到优化。最大电池电压为1.2伏。