由化學(xué)與能源材料技術(shù)教授們帶領(lǐng)的這項(xiàng)研究，旨在提供可運(yùn)行十多年、且只需最少維護(hù)的液流電池。

作為風(fēng)能和太陽(yáng)能等清潔可再生、但間歇性的能源的一種極具前途的儲(chǔ)能解決方案，液流電池可將能量?jī)?chǔ)存在外部?jī)?chǔ)罐的溶液中 —— 儲(chǔ)罐也大，儲(chǔ)存的能量就越多。

(資料圖片)

問(wèn)題在于，現(xiàn)如今的液流電池，會(huì)在經(jīng)歷多次充放電循環(huán)后出現(xiàn)儲(chǔ)能容量下降的問(wèn)題，因而需要定期維護(hù)電解質(zhì)以恢復(fù)容量。

好消息是，通過(guò)改變正負(fù)極電解質(zhì)溶液中使用的分子結(jié)構(gòu)、使之可溶于水，哈佛團(tuán)隊(duì)得以設(shè)計(jì)出每千次循環(huán)僅損失 1% 容量的電池。

材料與能源技術(shù)教授 Michael Aziz 指出 ——“鋰離子電池甚至無(wú)法經(jīng)受上千次的完整充放電循環(huán)”。

化學(xué)與材料科學(xué)教授 Roy Gordon 補(bǔ)充道 —— 通過(guò)將電解質(zhì)溶解在中性液體中，我們打造出了一種可長(zhǎng)期放置于地下室的持久電池。

就算它灑在地板上，也不會(huì)腐蝕掉混凝土。得益于這一介質(zhì)特性，你可使用更實(shí)惠的材料來(lái)制造電池組件 —— 比如水箱和水泵。

降低儲(chǔ)能成本的重要性不言而喻，因?yàn)槊绹?guó)能源部（DOE）已經(jīng)設(shè)定了一個(gè)目標(biāo) —— 即打造一種每 kWh 不到 100 美元的儲(chǔ)能電池。

在此基礎(chǔ)上，風(fēng)能與太陽(yáng)能將獲得相較于傳統(tǒng)發(fā)電廠(chǎng)更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。 Michael Aziz 表示：

如果你能接近這個(gè)成本目標(biāo)，那就意味著改變了世界。將電池放在這么多地方，將變得更具成本效益，而這項(xiàng)新研究使我們距離實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)又近了一步。

一種水性有機(jī)和有機(jī)金屬氧化還原液流電池

美國(guó)能源部電力辦公室儲(chǔ)能研究主任 Imre Gyuk 說(shuō)道：

這項(xiàng)關(guān)于水溶性有機(jī)電解質(zhì)工作的重要性，在于為將來(lái)的電池研發(fā)指明了一個(gè)更有意義的方向。

該電池可極大地提升循環(huán)壽命、并顯著降低成本，我希望高效、持久的液流電池，會(huì)成為電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。

研究一作、博士后研究員 Eugene Beh 稱(chēng)：

設(shè)計(jì)電池的關(guān)鍵，首先是弄清楚為什么以前的分子在中性溶液中降解如此之快。

通過(guò)確定負(fù)極電解質(zhì)中的紫晶（viologen）分子是如何分解的，我們得以修改其分子結(jié)構(gòu)、以使其更具彈性。

接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)選擇了將二茂鐵（一種以其電化學(xué)特性而聞名的分子）作為正極電解質(zhì)。

ferrocene 非常適合儲(chǔ)存電荷、但完全不溶于水，其已被用于其它含有易燃、且昂貴的有機(jī)溶劑的電池。

不過(guò)通過(guò)以與 viologen 相同的方式對(duì)其分子加以功能化，研究團(tuán)隊(duì)得以將不溶性分子、轉(zhuǎn)變?yōu)榭煞€(wěn)定循環(huán)的高度可溶性分子。

Michael Aziz 表示：“水溶性 ferrocene 代表了一種全新的液流電池分子”。

中性 pH 值特別有助于降低分隔電池兩側(cè)的離子選擇性膜的成本。相比之下，如今大多數(shù)液流電池都使用了昂貴的聚合物，這些聚合物可以承受電池內(nèi)部的腐蝕性化學(xué)物質(zhì)。

然而在成本占比上，它們多到可占設(shè)備總成本的 1/3 。由于膜兩側(cè)基本上都是鹽水，因此新型液流電池可用廉價(jià)的碳?xì)浠衔飦?lái)代替昂貴的聚合物。

最后，在哈佛大學(xué)技術(shù)研發(fā)辦公室（OTD）的協(xié)助下，研究團(tuán)隊(duì)正在與幾家公司合作。

OTD 已經(jīng)提交了一系列有關(guān)液流電池技術(shù)創(chuàng)新的待批專(zhuān)利，并期待擴(kuò)大工業(yè)應(yīng)用技術(shù)、以及優(yōu)化膜和電解質(zhì)之間的相互作用。