根據最新的數值模型,研究人員發現,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,溴在擴散到電解液的流動過程中,其濃度會降低。如果時間充分,溴最終會流動到陽極,帶來不必要的交叉影響。不過研究人員在設計中注意到了這個問題,并采取了措施以確保溴分子反應物不會達到陽極。
原型電池儲能的高效率及低成本令人欣喜
為了測試無膜氫溴儲能系統的概念,研究人員設計了一個小的原型電池。它由兩個0.8毫米的電極,1.4厘米長的流道及引導反應物進入設備的入口組成。研究人員根據不同的流量和不同的反應物濃度對原型電池進行了一系列實驗。即便在尚未優化的條件下,該電池在室溫和室內壓力下,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,比其他無膜電化學儲能設備高兩到三倍。
原型電池的充電效率同樣令人興奮。研究人員在閉環模式下,把回收的反應產品充入設備中進行充電。在反向操作中,對純氫溴酸加電,成功制備出氫和溴。正向和反向模式的實驗結果顯示,反應物濃度越高,功率密度越高,雙向電壓效率達200mW/cm2的超過90%,是峰值功率的25%。這些結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,沒有陰極催化劑,陽極催化劑用量很少。此外,由于氫溴電池的功率密度較高,系統所需能源大小減少,這也進一步降低了成本。研究人員目前還在繼續改善他們的系統,試圖讓電極靠得更近,以獲得更高的功率密度。由于所有的反應發生得很快,即便沒有隔離膜的限制,氫離子穿過電解液的速度依然有一定的限制。此外,他們正在開發全新的電池結構,確保電解液在閉環操作的捕獲和回收過程中,不含有溴分子。