一種新的流鋰離子電池技術(shù)能夠容納更多的能量在一個給定的體積比已經(jīng)在市場上。

工業(yè)級電池,稱為流電池,有一天將廣泛使用可再生能源——但是如果設(shè)備可以廉價的存儲大量能源，并當(dāng)沒有太陽、沒有風(fēng)時將能源輸運給輸電網(wǎng)。這是傳統(tǒng)的流電池不能做到的?，F(xiàn)在,研究人員報告說,他們已經(jīng)創(chuàng)建了一個新奇類型的使用鋰離子技術(shù)的流體電池——用于筆記本的那種——是市售最常見的流體電池存儲量的10倍。具有一些改進的新電池可以對我們存儲和釋放能量的方式產(chǎn)生重大影響。

流電池和我們常規(guī)使用的充電電池沒有多大區(qū)別,除了他們規(guī)模巨大外。傳統(tǒng)充電電池中，電荷被存儲在一個電極稱為陽極。當(dāng)充電時,電子從陽極脫除,通過外部電路,流入陰極。兩級間的液體通過離子交換來平衡電荷。電池通過離子的運轉(zhuǎn)進行充電。

但在流體電池中,這些電荷都存儲在外部槽的液體電解質(zhì)中。帶電電解質(zhì)從被稱為堆棧的含有兩個被離子導(dǎo)電膜隔離的電極裝置存儲。這個設(shè)置允許大量的電解質(zhì)存儲在槽內(nèi)。因為這些槽沒有尺寸限制,流體電池的存儲容量可以根據(jù)需要擴大。這使他們成為存儲大量的電力能源的理想物質(zhì)。

最先進的流體電池是釩氧化還原電池(VRBs),其在含有釩離子的水基溶液電解質(zhì)中儲存電荷。釩的優(yōu)勢是它的離子是穩(wěn)定的,并可以沒有副反應(yīng)地在電池中循環(huán)。但釩成本很高,并且VRBs能量密度相對較低。這意味著外部槽必須很大來保持足夠使用的能量。

鋰離子電池能量密度遠高于VRBs。但很難將它們的技術(shù)合并到流電池。首先,用于隔離流電池中的兩個電極的薄膜必須允許鋰離子的快速流通來平衡充放電過程中的電荷平衡。目前鋰導(dǎo)電膜雖然很有效，但脆弱;要不就是韌性好，但效率低下。

為了解決這個問題,由新加坡國立大學(xué)的材料科學(xué)家研究人員Qing Wang領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊,想出了一個混合的解決方案。他們保持整個流體電池架構(gòu),通過中心電極堆棧分隔電荷存儲槽。但在他們放置固體的外部槽內(nèi)部——與液體截然相反——鋰離子存儲材料，包含普通鋰離子電池使用的陽極磷酸鐵鋰材料，另含有二氧化鈦(TiO2),有時被用作鋰離子電池陽極。然后他們使用被稱為氧化還原介質(zhì)的帶電液體,從固體到堆棧間來回運載電荷。固態(tài)存儲材料是多孔足以讓液態(tài)氧化還原介質(zhì)鼓泡并攫取兩個電極和鋰離子，將它們擺渡到隔離膜。

研究者還修改了傳統(tǒng)的柔性薄膜材料——Nafion,將它與另一種允許鋰離子更好通過的聚合物結(jié)合。這種方法生效了。如他們在 今天的Science Advances報道的,新型鋰離子流電池與同體積的VRBs相比能夠存儲更多10倍的能量。

這是“很有創(chuàng)新性的”工作, 哈佛大學(xué)流體電池專家Michael Aziz表示。但他補充說,盡管新型電池具有很高的能量密度,但它的傳遞速度比傳統(tǒng)流電池慢10000倍,對于大多數(shù)應(yīng)用程序來說太慢了。王先生和他的同事們承認了這一限制,但是他們說他們通過對隔離膜和電荷傳遞氧化還原介質(zhì)的改善應(yīng)該能夠提高傳遞效率。如果他們可以,新的鋰離子流體電池可以給急需的震動電力存儲。新的鋰電池可以給可再生能源存儲帶來急需的震撼。