液流电池有望“弯道超车”？新技术使其尺寸锐减75% 成本更低

一直以来，清洁能源都是解决气候变化的主要方案。然而，太阳能和风能在为一个电网提供足够的能量方面并不稳定。锂离子电池虽然可以储存能量，但资源有限。

液流电池也是其中一种解决方案。目前常见的液流电池主要使用两种化学液体，让它们在离子交换膜上交换从而产生电流。但现有的技术成本超过200美元/千瓦时，对于实际应用来说过于昂贵。

近期，美国佐治亚理工学院的研究团队开发了一种更紧凑的液流电池配置，将电池的尺寸减小了75%，并相应地降低了整个液流电池的成本。这项工作可能会彻底改变从大型商业建筑到住宅的供电方式。

据了解，传统的液流电池需要笨重的流量分配器和垫圈，这会增加尺寸和成本。为了减少占地面积和成本，佐治亚理工学院的研究人员这次专注于提高流体电池的体积功率密度(W/L-of-cell)。

具体而言，他们转向了化学分离中常用的一种结构，即亚毫米的束状微管(SBMT)膜，它是由一种被称为中空纤维的纤维状过滤膜制成。这种创新具有节省空间的设计，可以减轻离子通过的膜的压力，而不需要额外的支撑基础设施。

研究人员说：“我们对电池隔膜几何形状对液流电池性能的影响很感兴趣。我们意识到中空纤维在分离膜上的优势，并开始在电池领域实现这些优势。”

应用这一概念，研究人员开发了这种SBMT，可将膜到膜的距离缩短近100倍。设计中的微管膜同时作为电解质分配器，不需要大型支撑材料。捆绑的微管使电极和膜之间的距离更短，从而增加了体积功率密度。这种捆绑设计是最大化液流电池潜力的关键发现。

为了验证新电池配置，研究人员使用了四种不同的化学物质：钒、溴化锌、溴化醌和碘化锌。他们发现，碘化锌是能量密度最高的选择，因此对住宅单元最有效。与锂相比，碘化锌具有许多优势：它的供应链问题较少，还可以转化为氧化锌并溶于酸，使其更容易回收。

测试表明使用碘化锌，电池可以运行超过220小时，或在非高峰条件下循环2500次。他们的研究成果已于近期发表在了《美国国家科学院院刊》。

此外，研究人员已经在致力于商业化，专注于开发具有钒等不同化学成分的电池，并扩大其尺寸。他们指出，SBMT电池也可以应用于不同的能量存储系统，如电解质和燃料电池。这项技术甚至可以在各种应用中使用先进的材料和不同的化学成分来加强。