近日，科學(xué)雜志發(fā)文對(duì)液流電池研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)述。液流電池可以儲(chǔ)存足夠電力，為成千上萬(wàn)家庭提供長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)的電力供應(yīng)。但大多數(shù)液流電池依賴于釩，這是一種稀有昂貴的金屬。上周，有研究人員報(bào)道了用一種廉價(jià)、長(zhǎng)壽命、安全的液流電池來(lái)解決這一問(wèn)題。這項(xiàng)工作為液流電池的新發(fā)展帶來(lái)了希望，即作為新一代液流電池有可能很快將成為大規(guī)模部署風(fēng)能和太陽(yáng)能的有力支柱。

我們知道，鋰離子電池不僅在筆記本電腦和特斯拉汽車(chē)中廣泛使用，還可為醫(yī)院、辦公場(chǎng)所甚至城鎮(zhèn)提供備用電源，占得了儲(chǔ)能領(lǐng)域的先機(jī)。但是，美國(guó)康涅狄格州東哈特福德聯(lián)合技術(shù)研究中心電化學(xué)能源系統(tǒng)副主任邁克爾·佩里說(shuō)，鋰離子儲(chǔ)能裝置不能很好地?cái)U(kuò)展到為城市提供更大規(guī)模儲(chǔ)能備用電源，但液流電池能夠填補(bǔ)這一空缺。它們將電荷儲(chǔ)存在含有液體電解質(zhì)的容器中，液體電解質(zhì)在循環(huán)泵的作用下，可以實(shí)現(xiàn)流轉(zhuǎn)以形成電流，實(shí)現(xiàn)放電；用過(guò)的電解質(zhì)隨后再返回到容器中。當(dāng)太陽(yáng)能電池板或風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作時(shí)，循環(huán)泵將用完的電解質(zhì)推回電極，在那里，電解質(zhì)被再充電并返回到存儲(chǔ)罐。

釩液流電池在過(guò)去廣受研究者關(guān)注，因?yàn)檫@種電池的充電和放電可以可靠地進(jìn)行數(shù)千次循環(huán)。例如，大連的融科儲(chǔ)能正在建設(shè)世界上最大的釩流電池，該電池應(yīng)該在2020年投入使用。電池將儲(chǔ)存800兆瓦的能量，足以為成千上萬(wàn)的家庭供電。市場(chǎng)研究公司MarketsandMarkets表示，由釩電池和鋅溴主導(dǎo)的液流電池市場(chǎng)在未來(lái)5年內(nèi)每年可能增長(zhǎng)近10億美元。但近年來(lái)釩的價(jià)格有所上升，如果釩需求飆升，釩液流電池價(jià)格也會(huì)水漲船高。為此，有研究者想用有機(jī)化合物取代釩，這些有機(jī)化合物也能捕獲和釋放電子。洛根猶他州立大學(xué)液流電池專家TianbiaoLiu說(shuō)，有機(jī)分子可以精確地定制以滿足研究者的需求。但有機(jī)物往往會(huì)降解，幾個(gè)月后需要更換，而且一些化合物只與強(qiáng)酸性或堿性電解質(zhì)一起工作，這些電解質(zhì)會(huì)侵蝕泵，如果罐子泄漏，危險(xiǎn)性就可能爆發(fā)。今年7月，哈佛大學(xué)材料科學(xué)家邁克爾·阿齊茲領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組在國(guó)際知名期刊Joule上發(fā)文稱，他們已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種長(zhǎng)壽的有機(jī)分子，這種分子每年只損失其電荷承載能力的3%。雖然這還不夠穩(wěn)定，但是與以往每天損失相同數(shù)量的有機(jī)液流電池相比，這項(xiàng)工作是一個(gè)很大的飛躍。

鐵基電解質(zhì)廉價(jià)且易于獲取和失去電子，是另一種釩電池電解質(zhì)替代物。例如，在美國(guó)俄勒岡州波特蘭有一家名字為EES的公司，他們開(kāi)發(fā)的鐵液流電池電解液可在pH1到4之間工作，酸度類似于醋。現(xiàn)在，TianbiaoLiu和他的同事們提出了在中性pH下工作的液流電池。他們首先研究了一種含鐵的電解液，亞鐵氰化物。但是在以前的亞鐵氰化物電池中，電解質(zhì)需要溶解在含有鈉鹽或鉀鹽的水溶液中，這些鹽提供帶正電荷的離子，離子在電池中移動(dòng)，以在充電和放電期間平衡電子的運(yùn)動(dòng)。亞鐵氰化物在這些鹽溶液中不易溶解，限制了這種電池的蓄電能力。因此，TiaobianLiu和他的同事又用一種叫做銨的氮基化合物來(lái)代替鈉鹽或鉀鹽，使得亞鐵氰化物溶解量至少是以前的兩倍，從而讓電池的容量翻倍。在上周的Joule雜志上，TiaobianLiu等人報(bào)道說(shuō)，他們的鐵基有機(jī)液流電池在一千次充放電循環(huán)后沒(méi)有退化的跡象，相當(dāng)于大約連續(xù)運(yùn)行3年時(shí)間。由于所使用電解質(zhì)是中性且是水基的，即使泄漏也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成太大損害。

此外，在今年10月10日出版的自然化學(xué)雜志上，英國(guó)格拉斯哥大學(xué)的化學(xué)家勒羅伊·克羅寧等人報(bào)道了一種多金屬氧酸鹽液流電池，其儲(chǔ)電量是同體積釩電池的40倍。但目前的缺點(diǎn)是這些電解質(zhì)粘性過(guò)高，因此對(duì)于泵的輸送要求極高。直至今天，還沒(méi)有一種電池能滿足所有要求，也就是說(shuō)液流電池的研發(fā)仍要繼續(xù)努力！