從太陽和風力中獲取的電力正以千兆瓦的規模湧入電網。這使得尋找一種高效便捷的方式來儲存可再生能源變得越來越重要，以便在微風停止或天空陰雲密佈時使用。
“現在我們很有可能解決這個問題，”馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學的材料科學家邁克爾·阿齊茲說。他的解決方案是一種液流電池，它具有高能量密度，並且不需要其他型號中昂貴的金屬。
液流電池的工作原理是將不同的化學混合物泵送到由膜隔開的兩個電極上。化學物質在膜上交換質子，並在連線電極的電路周圍穿梭電子，從而使電池放電。逆轉反應會為電池充電（參見底部的圖示）。
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液流電池的最大優勢在於化學物質可以儲存在電池元件外部的儲罐中。增加容量僅僅是建造更大的儲罐的問題，這使得液流電池特別適合大規模儲能。
最先進的商用液流電池依賴於釩離子。世界上已經運行了少數釩液流電池，去年在日本，太陽能激增，北海道電力公司訂購了世界上最大的釩液流電池。該電池應在2015年準備就緒。
“問題是，釩真的很貴，”阿齊茲說。
電源組
在過去的幾十年裡，研究人員研究了許多其他化學系統，並排除了除少數之外的所有系統。“元素週期表已經被相當徹底地篩選過了，”阿齊茲說。“所以我們已經將有機化學的世界引入到這個問題中。”
他的電池的陽極使用含有醌類有機化合物的硫酸溶液。醌類價格低廉，不需要催化劑即可與質子反應形成更高能量的氫醌，從而為電池充電。阿齊茲將液流電池的這一半與一個眾所周知的夥伴配對：一個在溴和氫溴酸之間交替的陰極。
醌-氫醌反應比競爭對手釩反應快約 1,000 倍，使電池能夠快速充電和放電。透過改變一些醌類的化學基團，阿齊茲可以改變它們的溶解度，甚至液流電池的電壓，從而微調系統。今天在自然雜誌上公佈的這款電池已經完成了 100 次充放電迴圈，沒有出現任何退化的跡象（儘管商業系統可能需要超過 10,000 次迴圈）。
阿齊茲認為，他的液流電池可以在化學物質中儲存一千瓦時的能量，成本為 27 美元，僅為競爭對手釩系統的三分之一。進一步的改進可能會使其與其他用於儲存大量能量的技術（例如壓縮空氣）具有競爭力。
“我真希望我能想到它，因為它是一個如此簡單的系統，”俄亥俄州克利夫蘭市凱斯西儲大學的電化學工程師羅伯特·薩維內爾說。“最簡單的想法往往是最有效的。”
有機溶液
然而，該系統遠非完美：溴和氫溴酸具有腐蝕性，如果洩漏可能會造成嚴重的汙染。“溴現在是這款特殊電池的阿喀琉斯之踵，”阿齊茲說。答案可能是完全有機化，他補充說：“我們正在努力用不同的醌類取代溴。”
他獲得了美國高階研究計劃署能源部 (ARPA-E) 的資助，將在三年內將該概念開發成一個“大約有一個馬拖車大小”的大型原型。他的團隊還與康涅狄格州格拉斯頓伯裡的清潔技術公司 Sustainable Innovations 合作，將液流電池商業化。
對液流電池感興趣的不僅僅是能源公司。“入門級最大的市場是那些希望透過在夜間購買更便宜的電力並在白天用於製造業來降低電費的行業，”薩維內爾說。
阿齊茲補充說，更便宜的液流電池甚至可以與家用太陽能電池陣列配套使用。他認為，使用一個不大於許多家庭已經安裝的 2,000 升取暖油箱的系統，“儲存一天的太陽能，並在晚上為您的房屋供電是可行的”。
改編自 Wang, W. 等人。 Adv. Funct. Mater. 23, 970–986 (2013)。
在液流電池中，兩種液體從單獨的儲液罐中泵出以進行反應並在膜上交換正離子，從而產生電力。在充電模式下，反應會反轉。