Nature：液流电池又获重大突破！

液流电池由于能大量贮存能量，尤其是风能、太阳能等可再生能源，最近被广泛关注，Science、Nature近期多次刊发相关研究。

氧化还原材料主要局限于以下三类材料：金属盐、腐蚀性卤素、低摩尔量有机物。而膜材料的选择也仅有Nafion等少数几种。考虑到电池的能量密度容量以及材料的可持续性、环保性和工艺的安全性，以锂和钒为代表的液流电池显然不是家居或者大规模使用的长久之计。

前不久，Science发表科罗拉多大学和哈佛大学的研究成果，他们将苯醌，溶解在碱性溶液中，和氰铁酸盐组成了一种不含过渡金属离子的新型液流电池。该研究成果对于制备低成本、高效率（实际可行的功率密度条件下）、易于操作、安全的液流电池具有重要的借鉴意义，但还是不够环保和廉价！（Science原文：Alkalinequinone flow battery）

有鉴于此，Nature又刊发德国科学家Ulrich S. Schubert课题组的关于液流电池的最新研究成果。

图1. 新型液流电池工作原理

该课题组利用有机物作为储电材料，并利用一种廉价的透析膜来隔离正极和负极，所使用的电解液也是廉价无毒的氯化钠水溶液。完全取代了现有的腐蚀性、不可持续的电解液材料和膜材料。

该电池能量密度达到10 Wh/L, 电流密度达到100 mA，具有良好的长期循环性能。

相信，大规模储存能量的时代就要到来了！

 

图2. 充放电性能

图3. 电化学性能

图4. 循环性能

延伸阅读：

 

液流电池是什么：大多数电池，都使用固体材料如锌或钴锂充当阴极，石墨充当阳极，这种电池叫做固体电池。而液流电池，其阴阳极都是液体的。

液流电池的组成：液体电池一般包括2个储液槽、泵和隔膜。两个储液槽分别存储活性和非活性液体，液体经过泵到达电极。

液流电池的优势：大量贮存能量，尤其是风能、太阳能等可再生能源。由于隔离在电池外部的2个槽中的液体电极可以大幅扩展，使得液流电池方便大规模放大使用，极有可能在许多领域取代锂电池和铅蓄电池。

存在问题：电池的能量密度和容量、材料的可持续性、环保性、工艺的安全性。

 

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Tobias Janoschka, Ulrich S. Schubert et al. An aqueous, polymer-based redox-flow battery using non-corrosive, safe, and low-cost materials. Nature 2016.