科技日报记者 张梦然
美国能源部太平洋西北国家实验室团队在一种新的电池设计中，创新性地将水处理设施中使用的一种常见化学品用于大规模储能。这一设计为造出安全、经济的水基液流电池开辟了新途径，同时该电池由储备丰富的材料制成，为将风能和太阳能等间歇性能源纳入国家电网提供了可能。研究成果发表在最新的《自然·通讯》上。
研究人员正在组装一个测试液流电池装置。
图片来源：安德里亚·斯塔尔/美国太平洋西北国家实验室
此次实验室规模的新铁基电池，在连续1000次充电循环中表现出显著的循环稳定性，同时保持其最大容量的98.7%。相比之下，先前类似铁基电池在更少的充电周期内，充电容量会下降两个数量级。
铁基液流电池将能量储存在一种独特的液体化学物质中，称为含氮三膦酸酯、次氮基三甲基膦酸（NTMPA）。该物质能将带电铁与中性pH值的磷酸盐基液体电解质或能量载体相结合。至关重要的是，该物质在工业上可大量获得，因为它通常被水处理厂用于抑制腐蚀。
液流电池由两个腔室组成，每个腔室都充满不同的液体。电池通过电化学反应充电，并以化学键的形式储存能量。当连接到外部电路时，它们会释放能量，从而为电气设备供电。与其他传统电池不同，液流电池具有两个外部供液罐，液体不断循环通过它们以供应电解质，作为电池系统的“血液供应”。电解液供应罐越大，液流电池可以存储的能量就越多。
液流电池可作为电网的备用发电机，是可再生能源储能脱碳战略的关键支柱之一。它们的优点是能以任何规模建造，从实验室工作台规模到城市街区的大小均可。
研究团队的初始设计能量密度可以达到9瓦时/升，这是一个关键的设计特征。相比之下，商业化的钒基系统的能量密度是其两倍多，为25瓦时/升。更高能量密度的电池可在更小的面积内存储更多的能量，但用地球上储量丰富的材料构建的新系统，可轻松进行扩展以提供相同的能量输出。
总编辑圈点：
1980年代，铁基液流电池就进入了研发视野，其有望满足新型电力系统的所有储能需求。然而电池充放之间，电极和电解液经受的物理化学挑战在当时无法解决。因此，全钒液流电池替代了铁基液流电池的主角地位。然而随着新配料的加入，成本低、材料易得的铁基液流方案重新获得研发者的青睐。新型电池在保留低成本优势的同时，提高了性能与稳定性。配备这种可靠的大容量电池，或许未来我们会见到很多住户在屋顶安装光伏板甚至风车来发电自用。
