瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和IBM蘇黎世研究院的研究人員發(fā)明了一種微型氧化還原液流電池，利用這種集成液流電池可實(shí)現(xiàn)對(duì)未來的電腦芯片棧(將芯片像千層餅似的堆疊起來以節(jié)省空間和能量)的同時(shí)供電和冷卻。在液流電池中，通過閉合的電解液回環(huán)從外部將電解液泵入電池，基于兩種電解液出現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)，從而出現(xiàn)電力。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院熱力學(xué)教授Dimospoulikakos說：“利用液體燃料能很好地實(shí)現(xiàn)芯片的運(yùn)作，并能自己出現(xiàn)電力。”由于科學(xué)家們采用的兩種液體既適用于液流電池電解液也適用于冷卻介質(zhì)，芯片多余熱量能通過相同的循環(huán)排除。

該液流電池的厚度僅為約1.5毫米。未來的想法是將芯片進(jìn)行一層一層的堆疊組裝：先是一層電腦芯片，然后一層供電和冷卻的薄片電池組，然后又是一層電腦芯片，如此循環(huán)。

破紀(jì)錄的輸出功率密度

以前的液流電池尺寸較大，重要用在靜態(tài)電力儲(chǔ)存應(yīng)用中，比如與風(fēng)力發(fā)電站和太陽能發(fā)電廠結(jié)合暫時(shí)儲(chǔ)存出現(xiàn)的能量，供以后使用。poulikakos組內(nèi)的一名博士研究生JulianMarschewski說道：“我們是世界上首個(gè)發(fā)明這么小的能夠結(jié)合能量供給和冷卻用途的液流電池的團(tuán)隊(duì)。”

該新型微型電池也創(chuàng)下了同尺寸下的輸出功率密度世界紀(jì)錄：電池表面每平方厘米1.4瓦特。即使扣除將電解液泵入電池所需能量，仍然剩余每平方厘米1瓦特的能量密度。同時(shí)正如研究者在實(shí)驗(yàn)中所展示的，電解液實(shí)際上也能冷卻芯片，散熱量甚至數(shù)倍于電池出現(xiàn)的電能(芯片運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)換為了熱能)。

利用3D打印優(yōu)化的管道系統(tǒng)

據(jù)科學(xué)家稱，構(gòu)建新型微型液流電池最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)是如何以盡可能小的功率泵入電解液，同時(shí)盡可能提高電解液供給電池的效率。“找到其中的理想折中點(diǎn)十分重要。”

電池中的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在兩塊被薄膜隔離的多孔薄電極層上。Marschewski和他的同事們使用3D打印技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)聚合物管道系統(tǒng)將電解液盡可能高效地壓入電極層。經(jīng)過對(duì)不同設(shè)計(jì)的多次測(cè)試，最終發(fā)現(xiàn)一種楔形會(huì)聚槽最具效率。

對(duì)更大系統(tǒng)的研究

科學(xué)家們現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了小型液流電池的概念驗(yàn)證。盡管新型液流電池的能量密度非常高，但所出現(xiàn)的電能關(guān)于運(yùn)行電腦芯片而言仍稍顯不足。要將液流電池應(yīng)用于芯片棧中，仍要工業(yè)制造中進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

科學(xué)家們指出，該新方法同樣可用于其他應(yīng)用中：比如要同時(shí)供能和冷卻的激光器，或者是太陽能電池。此外，通過迫使電解液通過多孔電極，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大型液流電池的優(yōu)化提升。

有關(guān)液流電池

電池以化學(xué)形式存儲(chǔ)能量并通過電化學(xué)反應(yīng)將其轉(zhuǎn)換為電能。傳統(tǒng)的離子電池將能量存儲(chǔ)于兩個(gè)固定的電極中，但液流電池將能量存儲(chǔ)于通過分離的線路泵入的兩種電解液中。Julian解釋道：“原則上液流電池是可充電燃料動(dòng)力電池。”但燃料動(dòng)力電池只能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，液流電池卻能進(jìn)行雙向轉(zhuǎn)換。

傳統(tǒng)電池要存儲(chǔ)更多的能量，就必須增大體積、新增重量。而液流電池的電解液由外部輸送，因此其電池本體就能設(shè)計(jì)得更小更輕，不過也要額外的液體供應(yīng)系統(tǒng)。