由化學(xué)與能源材料技術(shù)教授們帶領(lǐng)的這項研究，旨在提供可運行十多年、且只需最少維護的液流電池。

作為風(fēng)能和太陽能等清潔可再生、但間歇性的能源的一種極具前途的儲能解決方案，液流電池可將能量儲存在外部儲罐的溶液中 —— 儲罐也大，儲存的能量就越多。

(資料圖片)

問題在于，現(xiàn)如今的液流電池，會在經(jīng)歷多次充放電循環(huán)后出現(xiàn)儲能容量下降的問題，因而需要定期維護電解質(zhì)以恢復(fù)容量。

好消息是，通過改變正負極電解質(zhì)溶液中使用的分子結(jié)構(gòu)、使之可溶于水，哈佛團隊得以設(shè)計出每千次循環(huán)僅損失 1% 容量的電池。

材料與能源技術(shù)教授 Michael Aziz 指出 ——“鋰離子電池甚至無法經(jīng)受上千次的完整充放電循環(huán)”。

化學(xué)與材料科學(xué)教授 Roy Gordon 補充道 —— 通過將電解質(zhì)溶解在中性液體中，我們打造出了一種可長期放置于地下室的持久電池。

就算它灑在地板上，也不會腐蝕掉混凝土。得益于這一介質(zhì)特性，你可使用更實惠的材料來制造電池組件 —— 比如水箱和水泵。

降低儲能成本的重要性不言而喻，因為美國能源部（DOE）已經(jīng)設(shè)定了一個目標 —— 即打造一種每 kWh 不到 100 美元的儲能電池。

在此基礎(chǔ)上，風(fēng)能與太陽能將獲得相較于傳統(tǒng)發(fā)電廠更強的競爭力。 Michael Aziz 表示：

如果你能接近這個成本目標，那就意味著改變了世界。將電池放在這么多地方，將變得更具成本效益，而這項新研究使我們距離實現(xiàn)這一目標又近了一步。

一種水性有機和有機金屬氧化還原液流電池

美國能源部電力辦公室儲能研究主任 Imre Gyuk 說道：

這項關(guān)于水溶性有機電解質(zhì)工作的重要性，在于為將來的電池研發(fā)指明了一個更有意義的方向。

該電池可極大地提升循環(huán)壽命、并顯著降低成本，我希望高效、持久的液流電池，會成為電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。

研究一作、博士后研究員 Eugene Beh 稱：

設(shè)計電池的關(guān)鍵，首先是弄清楚為什么以前的分子在中性溶液中降解如此之快。

通過確定負極電解質(zhì)中的紫晶（viologen）分子是如何分解的，我們得以修改其分子結(jié)構(gòu)、以使其更具彈性。

接下來，研究團隊選擇了將二茂鐵（一種以其電化學(xué)特性而聞名的分子）作為正極電解質(zhì)。

ferrocene 非常適合儲存電荷、但完全不溶于水，其已被用于其它含有易燃、且昂貴的有機溶劑的電池。

不過通過以與 viologen 相同的方式對其分子加以功能化，研究團隊得以將不溶性分子、轉(zhuǎn)變?yōu)榭煞€(wěn)定循環(huán)的高度可溶性分子。

Michael Aziz 表示：“水溶性 ferrocene 代表了一種全新的液流電池分子”。

中性 pH 值特別有助于降低分隔電池兩側(cè)的離子選擇性膜的成本。相比之下，如今大多數(shù)液流電池都使用了昂貴的聚合物，這些聚合物可以承受電池內(nèi)部的腐蝕性化學(xué)物質(zhì)。

然而在成本占比上，它們多到可占設(shè)備總成本的 1/3 。由于膜兩側(cè)基本上都是鹽水，因此新型液流電池可用廉價的碳氫化合物來代替昂貴的聚合物。

最后，在哈佛大學(xué)技術(shù)研發(fā)辦公室（OTD）的協(xié)助下，研究團隊正在與幾家公司合作。

OTD 已經(jīng)提交了一系列有關(guān)液流電池技術(shù)創(chuàng)新的待批專利，并期待擴大工業(yè)應(yīng)用技術(shù)、以及優(yōu)化膜和電解質(zhì)之間的相互作用。