美国的科学家们开发出一种碱性液流电池，他们希望这种电池能帮助解决存储风能和太阳能等可再生能源的棘手问题。这种新型电池的性能与目前商用的液流电池相似，但使用廉价且无毒的有机分子来存储能量。相比之下，传统的液流电池使用昂贵且危险的过渡金属溶质。
随着公用事业公司试图将波动的消费者用电需求与可再生能源发电的间歇性特性相匹配，太阳能和风能资源正成为一个日益严重的问题。为了阻止能源公司为了维持电网运转而求助于已有的煤炭和天然气基础设施，许多人将长期储能视为将可再生能源有效整合到国家能源战略中的一种方式。
电池是一种可以解决此问题的技术，但市场上充斥着各种不同的产品，从锂离子电池到铅酸电池，这些电池不仅成本高昂，在工业规模上可能存在危险，而且无法长时间存储能量。但可能存在替代方案。
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“液流电池与传统电池有很大不同，”美国凯斯西储大学的电化学储能专家罗伯特·萨维内尔评论道，他没有参与这项研究。“原因是它们更适合大规模储能。”
“（液流电池）很像燃料电池，通常……你有氢气和氧气流进入能量转换装置，它们被膜隔开，并且你有两个电极，”科罗拉多大学博尔德分校的迈克尔·马沙克解释说，他领导了创建这种新型电池的团队。但是，在液流电池的情况下，正极和负极液态电解质从单独的储罐泵入电池。正极电解质放出电子，这些电子通过外部电路与带负电的电解质结合，而来自电极的阳离子可以自由地通过离子选择性膜。在充电过程之后，电解质可以存储在外部罐中，并且由于电池电流是可逆的，因此可以在稍后的时间通过中央电池抽回以进行放电。
根据马沙克的说法，这使得液流电池易于扩展和适应，因为放电时间仅与外部电解质储罐的大小成比例，而不是与使用的电池数量成比例——你只需要一个。
顺应潮流
然而，就像传统的电池一样，目前市场上的液流电池也包含昂贵且危险的电解质。“目前最商业化的液流电池是钒液流电池，”马沙克评论道。“（它们）使用溶解在硫酸中的钒离子，而那里的挑战仅仅是钒的巨大成本。”
马沙克和他的同事决定用碱性溶液中更便宜、地球上储量丰富且无毒的化合物来代替这些组分。该团队将市售的有机分子溶解在两种单独的1M氢氧化钾溶液中，例如2,6-二羟基蒽醌和亚铁氰化物（常用作食品添加剂），然后将它们泵入由石墨流板和碳纸电极制成的实验室规模的液流电池中。该电池的性能与钒电池类似，工作电压为1.2V，该电压在商业化所需的电压范围内。
虽然该电池可以在室温下以理想的电压工作，但它保持稳定的事实或许会令人惊讶，马沙克说。“有机分子——人们往往认为它们会分解，但我们选择的那些分子非常稳定，”他说。“它们实际上已经在其他工业过程中使用了很长时间，包括染料行业[或]造纸制浆。”
萨维内尔对这种设计印象深刻，并认为，通过在更高的pH值下工作，碱性液流电池将比酸性电池更具优势，并可能为各种新型电解质打开大门。“一个优点是它的腐蚀性较小……[而且]第二个优点是您可以在更高的电压下工作，”他告诉《化学世界》。“各种不同类型的醌型结构都有可能……最终甚至出现更便宜或更高效的不同系统。”
本文经《化学世界》许可转载。这篇文章于 2015年9月25日首次发表。