NatureCommunications中描述的新型锌-碘化物氧化还原液流电池使用的电解质的能量密度是用于存储可再生能源并支持电网的次佳流动电池的两倍以上。其能量密度接近用于为便携式电子设备和一些小型电动车辆供电的一种锂离子电池。

“随着能源密度和固有防火安全性的提高，液流电池可以为空间非常宝贵的城市环境提供长时间的储能，”能源部办公室能源储存项目经理ImreGyuk表示。电力供应和能源可靠性，为这项研究提供资金。“这将增强当地电网的弹性和灵活性。”

“这种电解质高能量密度的另一个意想不到的好处是它可能会将液流电池的使用扩展到移动应用中，例如为火车和汽车提供动力，”该研究的通讯作者，美国能源部太平洋西北国家实验室的材料科学家王伟表示。。

顺其自然

流动和锂离子电池都是在20世纪70年代发明的，但当时只有锂离子电池起飞。锂离子电池可以在比流动电池更小的空间内携带更多的能量，使它们更加通用。结果，锂离子电池已被用于为便携式电子设备供电多年。公用事业公司已开始使用它们来存储风电场和太阳能发电设施产生的越来越多的可再生能源。

但高能锂离子电池的包装会使它们容易过热并着火。另一方面，液流电池单独存储其活性化学物质直到需要电源，大大降低了安全性。此功能促使研究人员和开发人员重新审视液流电池。

堆积起来反对竞争

与其他液流电池一样，锌-碘化物电池通过将液体从外部罐体泵送到电池堆中来产生电力，电池堆是液体混合的中心区域。PNNL新电池中的外部储罐容纳含水电解质，含有溶解化学物质的水溶液，可储存能量。

当电池完全放电时，两个罐都保持相同的电解质溶液：带正电的锌离子Zn2+和带负电荷的碘离子I-的混合物。但是当电池充电时，其中一个储罐还装有另一个负离子，聚碘化物，I3-。当需要动力时，两种液体被泵入中央烟囱。在堆叠内部，锌离子通过选择性膜并在堆叠的负侧变成金属锌。该过程将化学储存在电解液中的能量转换为可为建筑物供电并支持电网运行的电力。

为了测试新电池概念的可行性，Wei和他的PNNL同事在实验室台面上创建了一个小电池。他们混合电解质溶液，将黑色锌-碘化物液体和透明的碘化锌液体分离在两个玻璃瓶中作为微型罐。软管连接在小瓶，泵和小堆之间。

他们通过一系列测试，将12瓦时的容量电池(相当于两部iPhone电池)放在一起，包括确定电解液中不同浓度的锌和碘化物如何影响储能。电容量以瓦特小时计;电动汽车使用大约350瓦特小时来驱动城市一英里。

更强大的力量

该示范电池的尺寸远远超过当今最常用的液流电池：溴化锌电池和钒电池。PNNL的锌-碘化物电池的能量输出约为普通锂离子电池的70%，称为磷酸铁锂电池，用于便携式电子产品和一些小型电动汽车。

实验室测试显示，示范电池每升电解液放电167瓦时。相比之下，溴化锌液流电池每升产生约70瓦特小时，钒液流电池每升可产生15至25瓦特小时，标准磷酸铁锂电池每升可产生约233瓦特小时。从理论上讲，如果更多的化学物质溶解在电解液中，该团队计算出他们的新电池可以放电更多-每升高达322瓦时。

安全和多功能，但还不完美

PNNL的锌-碘化物电池也更安全，因为它的电解质不像大多数其他液流电池那样是酸性的。水基电解质几乎不可能着火，并且不需要昂贵的材料来承受其他液流电池的腐蚀性。

PNNL新型液流电池的另一个优点是它可以在极端气候条件下运行。电解液使其在低至-4华氏度的温度和+122度的温度下工作良好。许多电池的操作窗口要小得多，并且可能需要加热和冷却系统，这会降低电池的净发电量。

该团队遇到的一个问题是金属锌的积聚，从中央烟囱的负极生长并穿过膜，使电池效率降低。研究人员通过向电解质溶液中添加酒精来减少称为锌枝晶的累积。

管理锌枝晶形成将是使PNNL的锌-碘化物电池在现实世界中使用的关键。Wei和他的同事将继续尝试使用不同的醇和其他添加剂，并使用先进的仪器来表征电池材料如何响应这些添加剂。该团队还将构建一个更大的100瓦时电池模型，以进行额外测试。