近日，科學雜志發(fā)文對液流電池研究現狀進行了簡述。液流電池可以儲存足夠電力，為成千上萬家庭提供長達數小時的電力供應。但大多數液流電池依賴于釩，這是一種稀有昂貴的金屬。上周，有研究人員報道了用一種廉價、長壽命、安全的液流電池來解決這一問題。這項工作為液流電池的新發(fā)展帶來了希望，即作為新一代液流電池有可能很快將成為大規(guī)模部署風能和太陽能的有力支柱。

我們知道，鋰離子電池不僅在筆記本電腦和特斯拉汽車中廣泛使用，還可為醫(yī)院、辦公場所甚至城鎮(zhèn)提供備用電源，占得了儲能領域的先機。但是，美國康涅狄格州東哈特福德聯合技術研究中心電化學能源系統(tǒng)副主任邁克爾·佩里說，鋰離子儲能裝置不能很好地擴展到為城市提供更大規(guī)模儲能備用電源，但液流電池能夠填補這一空缺。它們將電荷儲存在含有液體電解質的容器中，液體電解質在循環(huán)泵的作用下，可以實現流轉以形成電流，實現放電；用過的電解質隨后再返回到容器中。當太陽能電池板或風力發(fā)電機工作時，循環(huán)泵將用完的電解質推回電極，在那里，電解質被再充電并返回到存儲罐。

釩液流電池在過去廣受研究者關注，因為這種電池的充電和放電可以可靠地進行數千次循環(huán)。例如，大連的融科儲能正在建設世界上最大的釩流電池，該電池應該在2020年投入使用。電池將儲存800兆瓦的能量，足以為成千上萬的家庭供電。市場研究公司MarketsandMarkets表示，由釩電池和鋅溴主導的液流電池市場在未來5年內每年可能增長近10億美元。但近年來釩的價格有所上升，如果釩需求飆升，釩液流電池價格也會水漲船高。為此，有研究者想用有機化合物取代釩，這些有機化合物也能捕獲和釋放電子。洛根猶他州立大學液流電池專家TianbiaoLiu說，有機分子可以精確地定制以滿足研究者的需求。但有機物往往會降解，幾個月后需要更換，而且一些化合物只與強酸性或堿性電解質一起工作，這些電解質會侵蝕泵，如果罐子泄漏，危險性就可能爆發(fā)。今年7月，哈佛大學材料科學家邁克爾·阿齊茲領導的一個研究小組在國際知名期刊Joule上發(fā)文稱，他們已經設計出一種長壽的有機分子，這種分子每年只損失其電荷承載能力的3%。雖然這還不夠穩(wěn)定，但是與以往每天損失相同數量的有機液流電池相比，這項工作是一個很大的飛躍。

鐵基電解質廉價且易于獲取和失去電子，是另一種釩電池電解質替代物。例如，在美國俄勒岡州波特蘭有一家名字為EES的公司，他們開發(fā)的鐵液流電池電解液可在pH1到4之間工作，酸度類似于醋。現在，TianbiaoLiu和他的同事們提出了在中性pH下工作的液流電池。他們首先研究了一種含鐵的電解液，亞鐵氰化物。但是在以前的亞鐵氰化物電池中，電解質需要溶解在含有鈉鹽或鉀鹽的水溶液中，這些鹽提供帶正電荷的離子，離子在電池中移動，以在充電和放電期間平衡電子的運動。亞鐵氰化物在這些鹽溶液中不易溶解，限制了這種電池的蓄電能力。因此，TiaobianLiu和他的同事又用一種叫做銨的氮基化合物來代替鈉鹽或鉀鹽，使得亞鐵氰化物溶解量至少是以前的兩倍，從而讓電池的容量翻倍。在上周的Joule雜志上，TiaobianLiu等人報道說，他們的鐵基有機液流電池在一千次充放電循環(huán)后沒有退化的跡象，相當于大約連續(xù)運行3年時間。由于所使用電解質是中性且是水基的，即使泄漏也不會對環(huán)境造成太大損害。

此外，在今年10月10日出版的自然化學雜志上，英國格拉斯哥大學的化學家勒羅伊·克羅寧等人報道了一種多金屬氧酸鹽液流電池，其儲電量是同體積釩電池的40倍。但目前的缺點是這些電解質粘性過高，因此對于泵的輸送要求極高。直至今天，還沒有一種電池能滿足所有要求，也就是說液流電池的研發(fā)仍要繼續(xù)努力！