科技日?qǐng)?bào)記者?張夢(mèng)然
美國(guó)能源部太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)在一種新的電池設(shè)計(jì)中，創(chuàng)新性地將水處理設(shè)施中使用的一種常見(jiàn)化學(xué)品用于大規(guī)模儲(chǔ)能。這一設(shè)計(jì)為造出安全、經(jīng)濟(jì)的水基液流電池開(kāi)辟了新途徑，同時(shí)該電池由儲(chǔ)備豐富的材料制成，為將風(fēng)能和太陽(yáng)能等間歇性能源納入國(guó)家電網(wǎng)提供了可能。研究成果發(fā)表在最新的《自然·通訊》上。
研究人員正在組裝一個(gè)測(cè)試液流電池裝置。
圖片來(lái)源：安德里亞·斯塔爾/美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室
此次實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的新鐵基電池，在連續(xù)1000次充電循環(huán)中表現(xiàn)出顯著的循環(huán)穩(wěn)定性，同時(shí)保持其最大容量的98.7%。相比之下，先前類似鐵基電池在更少的充電周期內(nèi)，充電容量會(huì)下降兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
鐵基液流電池將能量?jī)?chǔ)存在一種獨(dú)特的液體化學(xué)物質(zhì)中，稱為含氮三膦酸酯、次氮基三甲基膦酸（NTMPA）。該物質(zhì)能將帶電鐵與中性pH值的磷酸鹽基液體電解質(zhì)或能量載體相結(jié)合。至關(guān)重要的是，該物質(zhì)在工業(yè)上可大量獲得，因?yàn)樗ǔ１凰幚韽S用于抑制腐蝕。
液流電池由兩個(gè)腔室組成，每個(gè)腔室都充滿不同的液體。電池通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)充電，并以化學(xué)鍵的形式儲(chǔ)存能量。當(dāng)連接到外部電路時(shí)，它們會(huì)釋放能量，從而為電氣設(shè)備供電。與其他傳統(tǒng)電池不同，液流電池具有兩個(gè)外部供液罐，液體不斷循環(huán)通過(guò)它們以供應(yīng)電解質(zhì)，作為電池系統(tǒng)的“血液供應(yīng)”。電解液供應(yīng)罐越大，液流電池可以存儲(chǔ)的能量就越多。
液流電池可作為電網(wǎng)的備用發(fā)電機(jī)，是可再生能源儲(chǔ)能脫碳戰(zhàn)略的關(guān)鍵支柱之一。它們的優(yōu)點(diǎn)是能以任何規(guī)模建造，從實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)規(guī)模到城市街區(qū)的大小均可。
研究團(tuán)隊(duì)的初始設(shè)計(jì)能量密度可以達(dá)到9瓦時(shí)/升，這是一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)特征。相比之下，商業(yè)化的釩基系統(tǒng)的能量密度是其兩倍多，為25瓦時(shí)/升。更高能量密度的電池可在更小的面積內(nèi)存儲(chǔ)更多的能量，但用地球上儲(chǔ)量豐富的材料構(gòu)建的新系統(tǒng)，可輕松進(jìn)行擴(kuò)展以提供相同的能量輸出。
總編輯圈點(diǎn)：
1980年代，鐵基液流電池就進(jìn)入了研發(fā)視野，其有望滿足新型電力系統(tǒng)的所有儲(chǔ)能需求。然而電池充放之間，電極和電解液經(jīng)受的物理化學(xué)挑戰(zhàn)在當(dāng)時(shí)無(wú)法解決。因此，全釩液流電池替代了鐵基液流電池的主角地位。然而隨著新配料的加入，成本低、材料易得的鐵基液流方案重新獲得研發(fā)者的青睞。新型電池在保留低成本優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，提高了性能與穩(wěn)定性。配備這種可靠的大容量電池，或許未來(lái)我們會(huì)見(jiàn)到很多住戶在屋頂安裝光伏板甚至風(fēng)車來(lái)發(fā)電自用。
