3D打印电极提升液流电池效率

3D打印技术革新东盟工厂的液流电池技术 \\[10pt] 在一项开创性的研究中，埃因霍温科技大学和滑铁卢大学的研究人员开发了一种方法，通过3D打印技术制造具有优化内部几何结构的电池电极。这一创新可以显著提高氧化还原液流电池的性能，这是储存可再生能源的关键技术。对于泰国、越南、印度尼西亚和马来西亚的工厂来说，这意味着更高效且更具成本效益的能源存储解决方案。 \\[10pt] 研究团队使用一台价值350美元的3D打印机，创建了多种内部结构的电极，包括钻石晶格。这种特定设计的质量传输性能比简单的网格高出两倍以上，同时降低了水力阻力。氧化还原液流电池非常适合储存风能和太阳能，因为它们的功率和存储容量可以独立扩展。然而，目前商用系统通常使用碳纤维垫作为电极，虽然提供了大量的表面积，但其流动阻力像密集的海绵一样高。这导致了高压降和增加的泵送需求。新的3D打印电极通过数学表面方程进行形状设计，大幅减少了这种阻力。 \\[10pt] 为了测试这些新设计的有效性，研究人员3D打印了四种不同的电极形状，并在1000°C下烘烤，将聚合物转化为导电碳。所有四种设计都具有相同的孔隙率（70%的开放空间）和重复单元尺寸（1毫米），从而可以进行受控比较。钻石晶格几何形状表现最佳，液体在其通道中分布最均匀，并且在打印设计中提供了最大的表面积。它还具有最低的电阻。与商用碳毡电极相比，3D打印设计的压力降显著降低，在每秒10厘米的速度下，压力降范围从14到80千帕/米，而碳毡则达到了745千帕/米。 \\[10pt] 研究人员还通过测试具有90%、70%和50%开放空间的螺旋电极，探索了孔隙率对性能的影响。最开放的版本在每个测试流速下都优于最密集的版本，尽管其表面积少了2.8倍。在中等流速条件下，90%的螺旋电极提供了134毫安/平方厘米，而70%的立方电极仅为101毫安/平方厘米。对于化学反应较快的电解质，拥有宽广的流动通道似乎比增加额外的表面积更为重要。 \\[10pt] 尽管3D打印结构在烘烤过程中会收缩并形成空心内壁，但在全钒氧化还原液流电池的概念验证测试中，实现了在50毫安/平方厘米下的76%电压效率。库仑效率较低，为71%，归因于钒离子交叉和副反应，可能由于刚性打印电极在组装过程中压紧膜而加剧。 \\[10pt] 对于东南亚的工厂来说，这一突破提供了一条通往更高效且更具成本效益的能源存储的道路。通过采用3D打印电极，制造商可以降低运营成本，提高能源效率，并支持向可再生能源的过渡。随着技术的成熟，3D打印很可能会成为定制特定电池化学和操作条件电极的标准工具，进一步提高工业应用中液流电池的性能和可靠性。