更小、更便宜的液流电池抛弃了几十年的设计

通过取代传统的平面电极和膜液流电池通过电线电极和管状膜，研究人员已经将电池尺寸缩小了75%。占用空间和复杂性的减少可以降低成本液流电池该公司是在电网上储存可再生能源的重要领跑者。

太阳能和风能的增长速度比以往任何时候都要快国际能源机构．使这些间歇性能源成为电网的常规部分而不引起不稳定将需要电池大规模存储能量。

液流电池是一项很有前途的技术。与锂离子电池在固体电极中储存能量不同，液流电池可以储存能量化学能在液体电解质中。这种储存的电荷在一个电力模块中转换成电流(反之亦然)，这是一堆电化学电池。

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每个电池都有一个正极和负极，由一层膜隔开，当电池充电和放电时，允许某些离子通过。为了使电池运转，两种电解质被泵入反应器电池的两侧。

理论上，液流电池可以通过增加水箱的尺寸轻易地扩大到兆瓦时。它们也比锂离子有更长的寿命和更安全。他们保持昂贵不过，这种电池每千瓦时的资本成本约为800美元，是锂离子电池的两倍多。“但它们可以便宜得多，我们的工作加速了这一过程，”他说年刘他是佐治亚理工学院的化学和生物分子工程学教授。

刘和同事们专注于重新设计动力模块，这占了液流电池成本的40%。今天的电池仍然基于几十年前的扁平端板、电极和膜的结构。他们也有几个不活跃的部分，如框架，橡胶垫圈，双极板，和流量分配器，这些部分占据了电池的大部分体积，降低了电池的功率密度。刘说:“他们也让它变得昂贵。”“这些都是不必要的。”

该团队借鉴了化学分离工业的新电池结构，消除了这些成分。在他们的设计中，一个0.65毫米宽的管，由离子运输材料制成nafion，就像膜一样。研究人员将碳纤维阴极穿过管子。然后他们把四根这样的管子放在一个更大的2毫米塑料管里，并把一根锌线推进去作为阳极。在操作过程中，研究小组将一种电解质通过外部塑料管泵入，另一种电解质通过内部的四根较小的管子泵入。

在这种设计中，电极和膜之间的距离从平面电池中常见的几毫米减小到不到一毫米，从而提高了功率密度。“我们把东西做得非常紧凑，”刘说。“所以我们用更少的材料来实现同样的性能。更少的材料意味着更便宜。”

使用锌碘化学(流体电池技术中常用的化学方法之一)进行的概念验证测试表明，该电池的充电密度约为1322瓦/升电解质，放电密度约为306瓦/升。对于传统的平面电池，这两个数字分别低于60瓦/升和45瓦/升。研究人员于1月3日在该杂志上报告说，这种电池可以持续超过2500次充电循环，并且与其他典型的液流电池化学物质兼容美国国家科学院院刊．

刘估计，管状设计可以将液流电池动力模块的成本降低大约一半。此外，电池中的所有组件都是现成的，并且扩展反应堆电池的设计应该很容易，因为它是基于化学工业中常用的设计。

他预计液流电池的总体成本将在未来几年下降。关于改善电解质的研究已经有很多，他说，“人们也开始考虑回收电解质。如果这一点得到证实，那么电解液的成本就可以显著降低。”

该团队将很快与一家液流电池公司签署一份研究合同，该公司将赞助进一步的研究，以扩大管状液流电池的规模和基准测试，并在更大的系统级别分析设计。