从太阳和风力中获取的电力正以千兆瓦的规模涌入电网。这使得寻找一种高效便捷的方式来储存可再生能源变得越来越重要，以便在微风停止或天空阴云密布时使用。
“现在我们很有可能解决这个问题，”马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的材料科学家迈克尔·阿齐兹说。他的解决方案是一种液流电池，它具有高能量密度，并且不需要其他型号中昂贵的金属。
液流电池的工作原理是将不同的化学混合物泵送到由膜隔开的两个电极上。化学物质在膜上交换质子，并在连接电极的电路周围穿梭电子，从而使电池放电。逆转反应会为电池充电（参见底部的图示）。
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液流电池的最大优势在于化学物质可以存储在电池组件外部的储罐中。增加容量仅仅是建造更大的储罐的问题，这使得液流电池特别适合大规模储能。
最先进的商用液流电池依赖于钒离子。世界上已经运行了少数钒液流电池，去年在日本，太阳能激增，北海道电力公司订购了世界上最大的钒液流电池。该电池应在2015年准备就绪。
“问题是，钒真的很贵，”阿齐兹说。
电源组
在过去的几十年里，研究人员研究了许多其他化学系统，并排除了除少数之外的所有系统。“元素周期表已经被相当彻底地筛选过了，”阿齐兹说。“所以我们已经将有机化学的世界引入到这个问题中。”
他的电池的阳极使用含有醌类有机化合物的硫酸溶液。醌类价格低廉，不需要催化剂即可与质子反应形成更高能量的氢醌，从而为电池充电。阿齐兹将液流电池的这一半与一个众所周知的伙伴配对：一个在溴和氢溴酸之间交替的阴极。
醌-氢醌反应比竞争对手钒反应快约 1,000 倍，使电池能够快速充电和放电。通过改变一些醌类的化学基团，阿齐兹可以改变它们的溶解度，甚至液流电池的电压，从而微调系统。今天在自然杂志上公布的这款电池已经完成了 100 次充放电循环，没有出现任何退化的迹象（尽管商业系统可能需要超过 10,000 次循环）。
阿齐兹认为，他的液流电池可以在化学物质中存储一千瓦时的能量，成本为 27 美元，仅为竞争对手钒系统的三分之一。进一步的改进可能会使其与其他用于存储大量能量的技术（例如压缩空气）具有竞争力。
“我真希望我能想到它，因为它是一个如此简单的系统，”俄亥俄州克利夫兰市凯斯西储大学的电化学工程师罗伯特·萨维内尔说。“最简单的想法往往是最有效的。”
有机溶液
然而，该系统远非完美：溴和氢溴酸具有腐蚀性，如果泄漏可能会造成严重的污染。“溴现在是这款特殊电池的阿喀琉斯之踵，”阿齐兹说。答案可能是完全有机化，他补充说：“我们正在努力用不同的醌类取代溴。”
他获得了美国高级研究计划署能源部 (ARPA-E) 的资助，将在三年内将该概念开发成一个“大约有一个马拖车大小”的大型原型。他的团队还与康涅狄格州格拉斯顿伯里的清洁技术公司 Sustainable Innovations 合作，将液流电池商业化。
对液流电池感兴趣的不仅仅是能源公司。“入门级最大的市场是那些希望通过在夜间购买更便宜的电力并在白天用于制造业来降低电费的行业，”萨维内尔说。
阿齐兹补充说，更便宜的液流电池甚至可以与家用太阳能电池阵列配套使用。他认为，使用一个不大于许多家庭已经安装的 2,000 升取暖油箱的系统，“储存一天的太阳能，并在晚上为您的房屋供电是可行的”。
改编自 Wang, W. 等人。 Adv. Funct. Mater. 23, 970–986 (2013)。
在液流电池中，两种液体从单独的储液罐中泵出以进行反应并在膜上交换正离子，从而产生电力。在充电模式下，反应会反转。