美研发电网级储能的水系液流有机电池

美国南加州大学的科研人员最近研发出一种低成本的水系液流有机电池，可用于电网级储能。这种新电池不含金属材料，或者其它有毒成分。该论文发表在6月20日的在线《Journal of the Electrochemical Society》上。

该论文作者——南加州大学Dornsife文理学院的化学教授Sri Narayan说道：“这种新电池可经历高达5000次的充放电循环，使用寿命大概在15年左右。锂离子电池在经历1000次的充放电循环后就会退化。”这项实验是Narayan教授与化学系教授兼Locker碳氢化合物研究所所长G.K.Surya Prakash、杨波、Lena Hoober-Burkhardt和王芳共同合作的成果。Prakash教授说道：“这种有机液流电池将会在简易性、成本、可靠性和可持续性方面改变电网级储能。”

Sri Narayan教授研究电化学能量转换 (图片来源：USC / Gus Ruelas)

这种有机液流电池可以提高可再生能源发电在全国总发电中的比例。太阳能电池仅在有阳光时发电，风机也只在有风时运转，这两种不稳定性使电力公司难以依靠可再生能源发电满足客户需求。当电池储存多余电力，并在有需求时定量流出，就可以解决电力的不稳定性。Narayan教授说：“将来，兆瓦级储能将是可再生能源发电的一个主要问题。”这种新电池基于氧化还原设计，与燃料电池类似，有两个电解槽，槽内电活性物质溶于水。电解槽内的溶液被压入两个液体之间带有薄膜的槽内，两端各连着电极。这种设计的优点是解耦电能。储存电活性物质的槽的尺寸可以根据实际需要设计，增加电池系统可以存储的能量容量，或者通过调整中央槽来加快/减慢释放能量的速度，以此改变系统发电量。

水系有机氧化还原液流电池 (图片来源：USC)

该科研小组的技术创新主要是电活性物质。以前的电池设计都使用金属或者有毒化学物质。为此，Narayan教授和Prakash教授想研发一种可以溶于水的有机化合物，对环境无污染，成本低。通过把分子设计和试错法结合，科研人员找到一种天然醌，一种被氧化的有机化合物。醌普遍存在于植物、菌类、细菌和部分动物体内，参与植物的光合作用和细胞呼吸作用。Narayan教授说道：“这些都是自然界能量转换的方式。目前，电池需要的醌取自天然的碳氢化合物。将来，很可能会从二氧化碳中提取。”

科研小组已经就有机液流电池的设计申请专利，并计划扩大试验规模。该项研究得到美国能源部ARPA-E、南加州大学和Locker碳氢化合物研究所的资金支持。