美國科研人員日前在《美國化學學會·能源通訊》雜志上報告說，他們研發(fā)出一種新型液流電池，可通過溶解在中性ph值水中的有機分子來存儲電能，使用壽命預計超過10年，較當前的電池技術(shù)取得巨大進步。這項成果使無毒、無腐蝕性且使用壽命超長的電池成為可能，并有望大幅降低生產(chǎn)費用。

液流電池是一種新的蓄電池，液流電池是利用正負極電解液分開，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)使用壽命長的特點。

雖然并非首款液流電池，但它修復了此前設(shè)計的許多問題，例如容量退化過快。其竅門是，通過改造電解質(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。當這些物質(zhì)在中性的水中溶解時，合成溶液經(jīng)過1000次充電才會損失1%的容量。這種電池沒有腐蝕性，造價更低，成為工業(yè)使用的理想候選者，如存儲風能和太陽能。

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)溶液可以存儲在外部并通過泵輸送到電池內(nèi)反應，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、負極電解液由離子交換膜隔開，在充、放電過程中，電解液中的活性物質(zhì)離子在惰性電極表面發(fā)生價態(tài)的變化。

液流電池具有以下特點：（1）額定功率和額定容量是獨立的，功率大小取決于電池堆，容量大小取決于電解液。可通過新增電解液的量或提高電解質(zhì)的濃度，達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，不發(fā)生普通電池的復雜的固相變化，因而電化學極化較小；（3）電池的理論保存期無限，儲存壽命長。因為只有電池在使用時電解液才是循環(huán)的，電池不用時電解液分別在兩個不同的儲罐中密封存放，沒有普通電池常存在的自放電及電解液變質(zhì)問題。但電池長期使用后，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%深度放電但不會損壞電池；（5）電池結(jié)構(gòu)簡單，材料價格相對便宜，更換和維修費用低；（6）通過更換荷電的電解液，可實現(xiàn)“瞬間再充電”；（7）電池工作時正負極活性物質(zhì)電解液是循環(huán)流動的，因而濃差極化很小。

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液流電池原理圖

國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，通過采用不同價態(tài)的釩離子溶液分別作為正負極活性物質(zhì)，通過外接泵把溶液從儲液槽壓入電池堆體內(nèi)完成電化學反應，之后溶液又回到儲液槽，液態(tài)的活性物質(zhì)不斷循環(huán)流動。釩氧化還原電池所有的反應物都在溶液中，其儲能容量與輸出功率無關(guān)。因此釩電池可以很容易地實現(xiàn)儲能容量的經(jīng)濟擴容。釩電池可以通過更換電池堆進行重復使用，電解液和儲能罐也能重復使用。釩電池的充放電效率約為75%，電池單元的輸出響應很快，可以在幾毫秒內(nèi)完成從0功率運行到滿功率輸出，由于系統(tǒng)中其他設(shè)備的限制，釩電池系統(tǒng)的輸出響應時間大約20ms。液流電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、循環(huán)壽命長、蓄電容量大、選址自由、可深度放電、系統(tǒng)設(shè)計靈活、安全環(huán)保、維護費用低等優(yōu)點。釩電池作為儲能電源重要應用在電廠（電站）調(diào)峰以平衡負荷，大規(guī)模光電轉(zhuǎn)換、風能發(fā)電的儲能電源以及作為邊遠地區(qū)儲能系統(tǒng)，不間斷電源或應急電源系統(tǒng)。

液流電池未來也可以應用在新能源汽車上，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1000千米。Quant48Volt采用的是48伏的低電壓技術(shù)，車上共有4個功率為140kW的低電壓發(fā)動機，在其共同協(xié)作下能夠供應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)控的移動液流電池。和傳統(tǒng)的普通電池不相同，這種液流電池通過電解質(zhì)來給自己充電。