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新設(shè)計(jì)將使風(fēng)能和太陽能更加實(shí)用。 研究人員將傳統(tǒng)液流電池單元的電極和膜的形狀由平板改成管狀，使得電池的尺寸縮小了75%，可以降低在電網(wǎng)中儲(chǔ)存可再生能源的成本。

與將能量存儲(chǔ)在固體電極的鋰離子電池不同，液流電池將化學(xué)能存儲(chǔ)在罐內(nèi)的液體電解質(zhì)中。在電化學(xué)電池單元堆成的電源模塊中，這種存儲(chǔ)的電量可轉(zhuǎn)換為電流（反之亦然）。

每個(gè)電池單元中，正極和負(fù)極被一層膜隔開，電池在充電和放電時(shí)，某些離子可允許通過這層膜。電池運(yùn)行需要在電化學(xué)電池的兩側(cè)泵入兩種電解質(zhì)。

理論上，通過擴(kuò)大電解質(zhì)罐的尺寸，可將液流電池存儲(chǔ)的電量提高到兆瓦時(shí)級。此外，液流電池也比鋰離子電池更安全、更持久。雖然它們的成本仍然很高，每千瓦時(shí)的建造成本約為800美元，是鋰離子電池的2倍多，“但它們未來會(huì)便宜很多，我們的工作正在加速這一過程。”喬治亞理工大學(xué)的化學(xué)和生物分子工程教授劉念說。

劉念和同事專注于重新設(shè)計(jì)電源模塊，該模塊的成本占液流電池成本的40%。除了扁平組件外，這些模塊現(xiàn)在還包括非活動(dòng)部件，例如框架、橡膠墊圈、雙極板和流量分配器，這些部件會(huì)占用空間，因此降低了電池的功率密度。“這些也讓電池更貴了。”劉念說，“而且它們不是必要的。”

該團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)去除了這些組件。用離子遷移材料Nafion制成0.65毫米寬的管子作為膜。研究人員在管子中穿入碳纖維陰極，再將4根管子放入一根2毫米寬的大塑料管內(nèi)，然后再放入一根鋅線作為陽極。在運(yùn)行過程中，該團(tuán)隊(duì)通過外部塑料管泵入一種電解質(zhì)，通過4個(gè)內(nèi)部管泵入另一種電解質(zhì)。

在這種設(shè)計(jì)中，電極和膜之間的距離從平面電池中常見的幾毫米縮小到了不到1毫米，從而大大提高了功率密度。“我們使用較少的材料實(shí)現(xiàn)了相同的性能。” 劉念說，“材料越少意味著電池越便宜。”

使用鋅碘化學(xué)成分（液流電池技術(shù)中使用的常見化學(xué)成分之一）進(jìn)行的一項(xiàng)概念驗(yàn)證測試表明，該電池的充電密度約為1322瓦/升，放電密度約為306瓦/升。傳統(tǒng)扁平電池的充電密度和放電密度則分別低于60瓦/升和45瓦/升。在2023年1月3日的《美國國家科學(xué)院院報(bào)》上，研究人員報(bào)告稱，該電池可持續(xù)2500多次充電循環(huán)，并且兼容其他典型的液流電池化學(xué)成分。

劉念估計(jì)，管狀設(shè)計(jì)應(yīng)該能將液流電池電源模塊的成本降低約一半。此外，電池中的所有組件都可以現(xiàn)貨購買，擴(kuò)大電池反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)應(yīng)該很容易，因?yàn)樗且曰瘜W(xué)行業(yè)中常用的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的。

劉念預(yù)計(jì)，未來幾年里，液流電池的總成本應(yīng)該會(huì)下降。他說，目前已經(jīng)有很多有關(guān)改善電解質(zhì)的研究正在進(jìn)行。“人們也開始考慮回收利用電解質(zhì)。如果這一點(diǎn)得到證實(shí)，那么電解質(zhì)的成本可以大大降低。”劉念說。

有一家液流電池公司正在商談贊助進(jìn)一步研究擴(kuò)大管狀液流電池規(guī)模。

原標(biāo)題：制作更好的液流電池，用于儲(chǔ)存電網(wǎng)電力