美國的科學家們開發出一種鹼性液流電池，他們希望這種電池能幫助解決儲存風能和太陽能等可再生能源的棘手問題。這種新型電池的效能與目前商用的液流電池相似，但使用廉價且無毒的有機分子來儲存能量。相比之下，傳統的液流電池使用昂貴且危險的過渡金屬溶質。
隨著公用事業公司試圖將波動的消費者用電需求與可再生能源發電的間歇性特性相匹配，太陽能和風能資源正成為一個日益嚴重的問題。為了阻止能源公司為了維持電網運轉而求助於已有的煤炭和天然氣基礎設施，許多人將長期儲能視為將可再生能源有效整合到國家能源戰略中的一種方式。
電池是一種可以解決此問題的技術，但市場上充斥著各種不同的產品，從鋰離子電池到鉛酸電池，這些電池不僅成本高昂，在工業規模上可能存在危險，而且無法長時間儲存能量。但可能存在替代方案。
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“液流電池與傳統電池有很大不同，”美國凱斯西儲大學的電化學儲能專家羅伯特·薩維內爾評論道，他沒有參與這項研究。“原因是它們更適合大規模儲能。”
“（液流電池）很像燃料電池，通常……你有氫氣和氧氣流進入能量轉換裝置，它們被膜隔開，並且你有兩個電極，”科羅拉多大學博爾德分校的邁克爾·馬沙克解釋說，他領導了建立這種新型電池的團隊。但是，在液流電池的情況下，正極和負極液態電解質從單獨的儲罐泵入電池。正極電解質放出電子，這些電子透過外部電路與帶負電的電解質結合，而來自電極的陽離子可以自由地透過離子選擇性膜。在充電過程之後，電解質可以儲存在外部罐中，並且由於電池電流是可逆的，因此可以在稍後的時間透過中央電池抽回以進行放電。
根據馬沙克的說法，這使得液流電池易於擴充套件和適應，因為放電時間僅與外部電解質儲罐的大小成比例，而不是與使用的電池數量成比例——你只需要一個。
順應潮流
然而，就像傳統的電池一樣，目前市場上的液流電池也包含昂貴且危險的電解質。“目前最商業化的液流電池是釩液流電池，”馬沙克評論道。“（它們）使用溶解在硫酸中的釩離子，而那裡的挑戰僅僅是釩的巨大成本。”
馬沙克和他的同事決定用鹼性溶液中更便宜、地球上儲量豐富且無毒的化合物來代替這些組分。該團隊將市售的有機分子溶解在兩種單獨的1M氫氧化鉀溶液中，例如2,6-二羥基蒽醌和亞鐵氰化物（常用作食品新增劑），然後將它們泵入由石墨流板和碳紙電極製成的實驗室規模的液流電池中。該電池的效能與釩電池類似，工作電壓為1.2V，該電壓在商業化所需的電壓範圍內。
雖然該電池可以在室溫下以理想的電壓工作，但它保持穩定的事實或許會令人驚訝，馬沙克說。“有機分子——人們往往認為它們會分解，但我們選擇的那些分子非常穩定，”他說。“它們實際上已經在其他工業過程中使用了很長時間，包括染料行業[或]造紙製漿。”
薩維內爾對這種設計印象深刻，並認為，透過在更高的pH值下工作，鹼性液流電池將比酸性電池更具優勢，並可能為各種新型電解質開啟大門。“一個優點是它的腐蝕性較小……[而且]第二個優點是您可以在更高的電壓下工作，”他告訴《化學世界》。“各種不同型別的醌型結構都有可能……最終甚至出現更便宜或更高效的不同系統。”
本文經《化學世界》許可轉載。這篇文章於 2015年9月25日首次發表。