哈佛团队研制出可运行十余年 而只需极少维护的新型无腐蚀性液流电池

在发表于美国化学学会（ACS）《能源快报》上的一篇文章中，哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员，介绍了他们开发的一套新型液流电池。通过将能量储存在中性酸碱（pH）的有机溶剂中，这种无毒、无腐蚀性的电池不仅具有极长的使用寿命，且有望显著降低成本。

由化学与能源材料技术教授们带领的这项研究，旨在提供可运行十多年、且只需最少维护的液流电池。

作为风能和太阳能等清洁可再生、但间歇性的能源的一种极具前途的储能解决方案，液流电池可将能量储存在外部储罐的溶液中 —— 储罐也大，储存的能量就越多。

问题在于，现如今的液流电池，会在经历多次充放电循环后出现储能容量下降的问题，因而需要定期维护电解质以恢复容量。

好消息是，通过改变正负极电解质溶液中使用的分子结构、使之可溶于水，哈佛团队得以设计出每千次循环仅损失 1% 容量的电池。

材料与能源技术教授 Michael Aziz 指出 ——“锂离子电池甚至无法经受上千次的完整充放电循环”。

化学与材料科学教授 Roy Gordon 补充道 —— 通过将电解质溶解在中性液体中，我们打造出了一种可长期放置于地下室的持久电池。

就算它洒在地板上，也不会腐蚀掉混凝土。得益于这一介质特性，你可使用更实惠的材料来制造电池组件 —— 比如水箱和水泵。

降低储能成本的重要性不言而喻，因为美国能源部（DOE）已经设定了一个目标 —— 即打造一种每 kWh 不到 100 美元的储能电池。

在此基础上，风能与太阳能将获得相较于传统发电厂更强的竞争力。 Michael Aziz 表示：

如果你能接近这个成本目标，那就意味着改变了世界。将电池放在这么多地方，将变得更具成本效益，而这项新研究使我们距离实现这一目标又近了一步。

一种水性有机和有机金属氧化还原液流电池

美国能源部电力办公室储能研究主任 Imre Gyuk 说道：

这项关于水溶性有机电解质工作的重要性，在于为将来的电池研发指明了一个更有意义的方向。

该电池可极大地提升循环寿命、并显着降低成本，我希望高效、持久的液流电池，会成为电网基础设施的一部分。

研究一作、博士后研究员 Eugene Beh 称：

设计电池的关键，首先是弄清楚为什么以前的分子在中性溶液中降解如此之快。

通过确定负极电解质中的紫晶（viologen）分子是如何分解的，我们得以修改其分子结构、以使其更具弹性。

接下来，研究团队选择了将二茂铁（一种以其电化学特性而闻名的分子）作为正极电解质。

ferrocene 非常适合储存电荷、但完全不溶于水，其已被用于其它含有易燃、且昂贵的有机溶剂的电池。

不过通过以与 viologen 相同的方式对其分子加以功能化，研究团队得以将不溶性分子、转变为可稳定循环的高度可溶性分子。

Michael Aziz 表示：“水溶性 ferrocene 代表了一种全新的液流电池分子”。

中性 pH 值特别有助于降低分隔电池两侧的离子选择性膜的成本。相比之下，如今大多数液流电池都使用了昂贵的聚合物，这些聚合物可以承受电池内部的腐蚀性化学物质。

然而在成本占比上，它们多到可占设备总成本的 1/3 。由于膜两侧基本上都是盐水，因此新型液流电池可用廉价的碳氢化合物来代替昂贵的聚合物。

最后，在哈佛大学技术研发办公室（OTD）的协助下，研究团队正在与几家公司合作。

OTD 已经提交了一系列有关液流电池技术创新的待批专利，并期待扩大工业应用技术、以及优化膜和电解质之间的相互作用。