美國(guó)科研人員日前在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)·能源通訊》雜志上報(bào)告說(shuō)，他們研發(fā)出一種新型液流電池，可通過(guò)溶解在中性ph值水中的有機(jī)分子來(lái)存儲(chǔ)電能，使用壽命預(yù)計(jì)超過(guò)10年，較當(dāng)前的電池技術(shù)取得巨大進(jìn)步。這項(xiàng)成果使無(wú)毒、無(wú)腐蝕性且使用壽命超長(zhǎng)的電池成為可能，并有望大幅降低生產(chǎn)費(fèi)用。

液流電池是一種新的蓄電池，液流電池是利用正負(fù)極電解液分開，各自循環(huán)的一種高性能蓄電池，具有容量高、使用領(lǐng)域(環(huán)境)廣、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。

雖然并非首款液流電池，但它修復(fù)了此前設(shè)計(jì)的許多問(wèn)題，例如容量退化過(guò)快。其竅門是，通過(guò)改造電解質(zhì)、二茂鐵和紫羅堿中的分子結(jié)構(gòu)，讓其更穩(wěn)定，具有水溶性，并且抗退化。當(dāng)這些物質(zhì)在中性的水中溶解時(shí)，合成溶液經(jīng)過(guò)1000次充電才會(huì)損失1%的容量。這種電池沒(méi)有腐蝕性，造價(jià)更低，成為工業(yè)使用的理想候選者，如存儲(chǔ)風(fēng)能和太陽(yáng)能。

液流電池和通常以固體作電極的普通蓄電池不同，液流電池的活性物質(zhì)是具有流動(dòng)性的液體電解質(zhì)溶液，由于大量的電解質(zhì)溶液可以存儲(chǔ)在外部并通過(guò)泵輸送到電池內(nèi)反應(yīng)，液流電池的規(guī)模相關(guān)于普通蓄電池可以大幅提高。電池內(nèi)的正、負(fù)極電解液由離子交換膜隔開，在充、放電過(guò)程中，電解液中的活性物質(zhì)離子在惰性電極表面發(fā)生價(jià)態(tài)的變化。

液流電池具有以下特點(diǎn)：（1）額定功率和額定容量是獨(dú)立的，功率大小取決于電池堆，容量大小取決于電解液。可通過(guò)新增電解液的量或提高電解質(zhì)的濃度，達(dá)到新增電池容量的目的；（2）充放電期間電池只發(fā)生液相反應(yīng)，不發(fā)生普通電池的復(fù)雜的固相變化，因而電化學(xué)極化較小；（3）電池的理論保存期無(wú)限，儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)。因?yàn)橹挥须姵卦谑褂脮r(shí)電解液才是循環(huán)的，電池不用時(shí)電解液分別在兩個(gè)不同的儲(chǔ)罐中密封存放，沒(méi)有普通電池常存在的自放電及電解液變質(zhì)問(wèn)題。但電池長(zhǎng)期使用后，電池隔膜電阻有所增大，隔膜的離子選擇性有所降低，這些對(duì)電池的充放電及電池性能有不良影響；（4）能100%深度放電但不會(huì)損壞電池；（5）電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料價(jià)格相對(duì)便宜，更換和維修費(fèi)用低；（6）通過(guò)更換荷電的電解液，可實(shí)現(xiàn)“瞬間再充電”；（7）電池工作時(shí)正負(fù)極活性物質(zhì)電解液是循環(huán)流動(dòng)的，因而濃差極化很小。

液流電池原理圖

國(guó)際上液流電池代表品種重要有4種，即鐵鉻電池、多硫化鈉/溴電池、鋅-溴體系及全釩電池。其中，全釩氧化還原液流電池，簡(jiǎn)稱釩電池，是目前發(fā)展最好的液流電池。其工作原理是，通過(guò)采用不同價(jià)態(tài)的釩離子溶液分別作為正負(fù)極活性物質(zhì)，通過(guò)外接泵把溶液從儲(chǔ)液槽壓入電池堆體內(nèi)完成電化學(xué)反應(yīng)，之后溶液又回到儲(chǔ)液槽，液態(tài)的活性物質(zhì)不斷循環(huán)流動(dòng)。釩氧化還原電池所有的反應(yīng)物都在溶液中，其儲(chǔ)能容量與輸出功率無(wú)關(guān)。因此釩電池可以很容易地實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能容量的經(jīng)濟(jì)擴(kuò)容。釩電池可以通過(guò)更換電池堆進(jìn)行重復(fù)使用，電解液和儲(chǔ)能罐也能重復(fù)使用。釩電池的充放電效率約為75%，電池單元的輸出響應(yīng)很快，可以在幾毫秒內(nèi)完成從0功率運(yùn)行到滿功率輸出，由于系統(tǒng)中其他設(shè)備的限制，釩電池系統(tǒng)的輸出響應(yīng)時(shí)間大約20ms。液流電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、蓄電容量大、選址自由、可深度放電、系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活、安全環(huán)保、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。釩電池作為儲(chǔ)能電源重要應(yīng)用在電廠（電站）調(diào)峰以平衡負(fù)荷，大規(guī)模光電轉(zhuǎn)換、風(fēng)能發(fā)電的儲(chǔ)能電源以及作為邊遠(yuǎn)地區(qū)儲(chǔ)能系統(tǒng)，不間斷電源或應(yīng)急電源系統(tǒng)。

液流電池未來(lái)也可以應(yīng)用在新能源汽車上，在今年的日內(nèi)瓦車展上，Nanoflowcell公司將公布最新研發(fā)的Quant48Volt概念車，續(xù)航里程超過(guò)1000千米。Quant48Volt采用的是48伏的低電壓技術(shù)，車上共有4個(gè)功率為140kW的低電壓發(fā)動(dòng)機(jī)，在其共同協(xié)作下能夠供應(yīng)760馬力的最大功率；從靜止加速到100km/h僅要短短的2.4秒。最高時(shí)速則是被電子限制在了300km/h。Quant48Volt之所以能夠爆發(fā)出這么大且持久的能量多虧其搭載了一枚可調(diào)控的移動(dòng)液流電池。和傳統(tǒng)的普通電池不相同，這種液流電池通過(guò)電解質(zhì)來(lái)給自己充電。