资料来源:Marilyn Sargent/伯克利实验室
伯克利可再生能源实验室开发的可负担的、可持续的“流电池”的新蓝图可以加速由太阳能和风能供电的电网。
如何储存可再生能源，以便在需要的时候，即使没有阳光，没有风的时候，也能储存能源?巨型电池用于电网——流电池,电力储存在坦克的液态电解质——可能是答案,但到目前为止,公用事业尚未找到一个具有成本效益的电池能够可靠地力量数以千计的房屋在10到20年的一个生命周期。
现在，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的研究人员开发的一种电池膜技术可能为解决这一问题指明了方向。
正如在《焦耳杂志》上报道的那样，研究人员从一种叫做AquaPIMs的聚合物中开发出了一种多功能且价格适中的电池膜。这类聚合物使得仅依靠锌、铁和水等现成材料就能制造出耐用且低成本的电网电池成为可能。该团队还开发了一个简单的模型，显示不同的电池膜如何影响电池寿命，这有望加速流电池技术的早期研发，特别是在寻找适合不同电池化学反应的膜方面。天富代理
能源存储联合研究中心(JCESR)的首席研究员Brett Helms说:“我们的AquaPIM膜技术很好地加速了流动电池的市场，这种电池使用可扩展的、低成本的水基化学物质。”他也是伯克利实验室分子Foundry的科学家，领导了这项研究。“通过使用我们的技术以及与之相关的电池性能和寿命的经验模型，其他研究人员将能够快速评估进入电池的每个组件的准备情况，从薄膜到电荷储存材料。”这将为研究人员和产品开发人员节省时间和资源。
AquaPIM示意图
带离子选择性水通道膜的流动电池示意图(用米色标记)。伯克利实验室的科学家们发现，这样的模型可以预测流电池的寿命和效率，而不需要建立一个完整的设备。来源:Brett Helms/Berkeley Lab
大多数栅极电池化学具有高碱性(或碱性)电极——一边是带正电荷的阴极，另一边是带负电荷的阳极。但是，目前最先进的膜是为酸性化学反应设计的，比如燃料电池中的氟化膜，而不是为碱性流电池设计的。(在化学中，pH是对溶液中氢离子浓度的测量值。纯净水的pH值为7，被认为是中性的。酸性溶液氢离子浓度高，pH值低，或pH值低于7。另一方面，碱性溶液的氢离子浓度较低，因此pH值较高，pH值高于7。在碱性电池中，pH值可高达14或15。)
氟化聚合物膜也很昂贵。据赫尔姆斯介绍，它们可以占电池成本的15%到20%，每千瓦时300美元。天富代理
赫尔姆斯研究小组的研究生研究员、该研究的第一作者米兰达·巴兰(Miranda Baran)说，降低液流电池成本的一种方法是完全去除含氟聚合物膜，转而研发一种高性能但更便宜的替代品，比如AquaPIMs。巴兰还是加州大学伯克利分校化学系的博士生。
言归正传
头盔和合作者发现AquaPIM技术——代表“aqueous-compatible聚合物的内在微孔性”——在开发聚合物膜水碱性(或基础)系统的一部分与合作者合作yet - ming Chiang (JCESR首席研究员,京瓷的材料科学与工程教授麻省理工学院(MIT)。
通过这些早期的实验，研究人员了解到，被一种叫做“偕胺肟”的特殊化学物质修饰的膜可以使离子在阳极和阴极之间快速移动。
AquaPIM流动电池膜
AquaPIM流动电池膜。资料来源:Marilyn Sargent/伯克利实验室
后来，在评估AquaPIM膜的性能以及与不同栅极电池化学物质的相容性时——例如，在一个实验中，锌作为阳极，铁基化合物作为阴极——研究人员发现，AquaPIM膜产生了非常稳定的碱性电池。
