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如今,最先进的流电池被称为全钒液流电池(VRBs),这种电池将电荷储存在将钒离子溶解于水性溶液的电解质中。钒的优势在于其离子稳定性,并且能够在电池中反复循环而不会经历不必要的副反应。但钒价格昂贵,并且VRBs具有相对较低的能量密度。这也就意味着外部液槽必须相当大才能够保持有用的足够功率。
与VRBs相比,锂电池具有高得多的能量密度。然而很难将这项技术合并到流电池中。首先,流电池中将两个电极分离的膜必须能够顾及到锂离子的快速通道,从而在充放电过程中保持电荷平衡。目前的锂导电膜有效但脆弱,或灵活但效率低下。
为了解决这一问题,由新加坡国立大学材料学家Qing Wang率领的研究团队提出了一个混合的解决方案。他们保持了整体的流电池体系结构,即由一个中央电极叠层分离的电荷储存槽。但是在外部液槽的内部,研究人员放置了与液体完全相反的固体锂存储材料,一种含有常见的锂离子电池阴极材料,名为磷酸铁锂(LiFePO4);另一种含有二氧化钛(TiO2),它有时会被用作锂离子电池的阳极。研究人员随后使用带电液体——被称为氧化还原介质——从固体到叠层并来回运送电荷。固体存储材料是多孔的,足以使液体氧化还原介质沸腾通过,并抓住电子和锂离子,将它们运送到膜。
研究人员同时改进了传统柔性膜材料,被称为全氟磺酸,并将其与另一种聚合物结合在一起,从而能够更好地让锂离子通过。该方法已经奏效。研究人员在11月27日的《科学进展》杂志上报告指出,与VRBs相比,这种新型的锂基流电池按液槽的体积计能够比前者多储存10倍的能量。
美国哈佛大学流电池专家Michael Aziz认为,这是一项“非常具有创新性”的工作。但他强调,尽管新电池具有更高的能量密度,但它提供能量的速度只是传统流电池的1/10000,这对于大多数应用而言太慢了。
Wang和他的同事承认这一局限,但他们表示通过进一步改善膜以及电荷转运氧化还原介质,应该能够提高输出流量。如果研究人员真的做到这一点,新的锂基流电池将为可再生能源储存提供急需的支持。
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