液體電池

液體電池是一種電子配件能貯存大量綠色能源的環(huán)保電池，它是由液態(tài)金屬制成的環(huán)保型大型固定電池，可儲存大量風(fēng)能或太陽能等綠色能源，可作為醫(yī)院等單位的備用電源。

液體電池

液體電池

液體電池由電池組成，其中電化學(xué)活性電極浸沒在充滿電解質(zhì)的玻璃容器中。 

任何電池，固體、液體或固液電池只能儲存化學(xué)能。為了儲存化學(xué)能，任何電池都必須由三部分組成―陽極電極、陰極電極與陽極和陰極電極之間的膜。大多數(shù)電池，包括筆記本電腦和電視遙控器中使用的電池，都是以鋅或鈷鋰等固體材料為陰極，石墨為陽極，液態(tài)鹽溶液為電解質(zhì)膜。另一方面，這種液體電池是不同的它的陰極陽極膜都是液體，都是像泥漿一樣的熾熱熔融液體。

近年來，Sadoway嘗試了多種液態(tài)金屬配方嘗試的第一種配方是將熔融的銻和鎂作為電極，中間有一層硫化鈉作為膜。由于每種金屬的密度不同，這三種金屬不會互相混合，自然分為三層。如果意外干擾了這些金屬層，它們會因?yàn)橹亓坎煌詣又匦路殖扇龑?。無論它們是由什么材料制成的，這些電池都密封在不銹鋼中，大小約為汽水罐。和這款電池的內(nèi)部材料一樣，這款電池的尺寸也沒有最終確定。

薩多威說：這種電池應(yīng)該很容易放大如果我們想做一個(gè)33加侖垃圾桶那么大的電池，我們可以做到。如果我們想做一個(gè)足球場那么大的電池，我們也可以做到。此外，縮小電池的尺寸很便宜，液態(tài)金屬可以保持液態(tài)。這種電池必須加熱到500攝氏度，這是標(biāo)準(zhǔn)家用烤箱的最高溫度。

和家用烤箱一樣，液態(tài)金屬電池也需要同樣的安全規(guī)定，或許有一天這種液態(tài)電池會成為住宅、醫(yī)院和其他永久性建筑的一部分?？茖W(xué)家表示，這種電池是儲存風(fēng)能或太陽能的理想設(shè)備。而且，所有這些液態(tài)金屬電池最有可能取代其他熔融金屬電池（在陰極和陽極之間有一層固體膜）例如，硫化鈉電池目前被用作醫(yī)院的備用電源或作為電力調(diào)度員晚上用電不緊張的時(shí)候，這個(gè)電池用的是電網(wǎng)的電，白天用電高峰的時(shí)候，這個(gè)電池會把能量輸入回電網(wǎng)。

半液體電池

當(dāng)科學(xué)家們爭奪筆記本電腦時(shí)、當(dāng)手機(jī)和其他便攜式電子產(chǎn)品正在開發(fā)更小更強(qiáng)大的固體電池時(shí)，另一方面，麻省理工學(xué)院正在開發(fā)由液態(tài)金屬制成的大型固定電池組。麻省理工學(xué)院理工學(xué)院公布了一項(xiàng)新技術(shù)-半固態(tài)液態(tài)電池芯。研究人員表示，這項(xiàng)技術(shù)將推動未來新能源汽車的發(fā)展。更換半固態(tài)液態(tài)電芯非常容易，只需要從電池中取出消耗光電能量即可“舊”電解液，然后注入新的電解液，短短幾分鐘就能讓消耗光電能量的電池重新充滿能量，無需大型更換站，車主可以根據(jù)需要更換。

麻省理工學(xué)院的研究人員表示，可以用于半固態(tài)電解質(zhì)的電極材料有很多種、成本低、體積小，功耗高，這對于今天昂貴鋰電池的開發(fā)和使用是一個(gè)很好的緩解。

新型液體電池

在過去的20年里，鋰離子電池一直是儲能研究的前沿。它們緊湊的結(jié)構(gòu)和輕便的設(shè)計(jì)非常適用于手機(jī)筆記本電腦和個(gè)人電子產(chǎn)品，但鋰離子電池價(jià)格昂貴且降解問題使其無法進(jìn)入電站即國家電網(wǎng)的高容量應(yīng)用。

桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的研究員兼無機(jī)化學(xué)家特拉維斯說·安德森(travis anderson)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)下一代液流電池。這種液流電池泵入一種溶液，即自由浮動的帶電金屬離子，溶解在電解液中，溶液中自由浮動的離子可以導(dǎo)電，溶液從外部容器通過電化學(xué)電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。液流電池可以快速充放電，這種電活性物質(zhì)只需改變電解液的充電狀態(tài)就可以很容易地重復(fù)使用多次。安德森說，液流電池可以持續(xù)超過14000次循環(huán)，相當(dāng)于在實(shí)驗(yàn)室中儲存20多年的能量，這在鋰離子電池中是不尋常的。

大約相當(dāng)于一所房子大小的液流電池網(wǎng)格存儲系統(tǒng)，比同樣的鋰離子電池成本更高。研究人員 目標(biāo)是使液流電池更小更便宜，同時(shí)增加給定體積的能量存儲或能量密度。

液流電池已在美國得到應(yīng)用、日本和澳大利亞。據(jù)《美國恢復(fù)和再投資法案》報(bào)道，大量高達(dá)25 MW的系統(tǒng)正處于示范階段(arra：美國 回收 和 再投資 行動)該管理器是能源部的儲能系統(tǒng)研究項(xiàng)目。鋅溴和釩氧化還原體系(鋅溴 和 釩 氧化還原 系統(tǒng))是最大的競爭者。但所用材料毒性中等，釩的價(jià)格波動較大。此外，水溶液限制了可以溶解的物質(zhì)數(shù)量和可以儲存多少能量，室外溫度會降低性能。

桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室美國對液流電池的開創(chuàng)性研究可以避免這些問題，因?yàn)椴挥盟?。安德森建立了一個(gè)多學(xué)科團(tuán)隊(duì)，成員包括來自一些實(shí)驗(yàn)室的專家，其中包括電化學(xué)大衛(wèi)·英格索蘭(大衛(wèi) 英格索爾)，有機(jī)化學(xué)家查德·斯泰格(chad staige)，化學(xué)技師哈里·普拉特(哈利 普拉特)和喬納森·倫納德(喬納森 倫納德)他們設(shè)計(jì)的是一種新型的電化學(xué)可逆性、金屬基離子液體，或金屬溶液(metils)都是便宜無毒的材料，在美國很容易買到，比如鐵，銅，錳。

兩種鹽都溶解在溶劑中，我們的鹽是溶劑。我們可以得到非常高濃度的活性金屬，因?yàn)槲覀儾皇茱柡投鹊南拗啤t 實(shí)際上在公式中。因此，我們可以經(jīng)濟(jì)有效地將能量密度提高三倍，這可以大大降低電池所需的尺寸，只是因?yàn)椴牧系男再|(zhì)。

在Maitier溶液中，電化學(xué)效率或反向充電性能要高得多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過迄今為止發(fā)表的任何文獻(xiàn)。研究小組準(zhǔn)備了近200種陽離子組合、陰離子和配體等物質(zhì)，其中五種以上是二茂鐵(二茂鐵)電化學(xué)效率，長期以來被認(rèn)為是黃金標(biāo)準(zhǔn)。

一個(gè)常見的問題是，當(dāng)帶正電和帶負(fù)電的成分混合時(shí)，這些成分會開始聚集在一起，最終溶液會變得粘稠，堵塞電池隔膜和電極表面。研究小組通過開發(fā)不對稱陽離子或帶正電荷的離子解決了這一挑戰(zhàn)，這種離子就像一個(gè)足球。在這個(gè)比喻中，黑色五邊形代表帶負(fù)電荷的區(qū)域，白色六邊形代表帶正電荷的區(qū)域。這種排列降低了熔點(diǎn)，因?yàn)樗梢苑乐闺x子液體組分結(jié)合形成固體，同時(shí)部分電荷仍允許電子自由流過電池產(chǎn)生電流。

該研究小組由美國能源部電力傳輸和能源可靠性辦公室資助(辦公室 電 送 和 能源 可靠性)伊姆雷·古柯(imre gyuk)他是這個(gè)辦公室的儲能系統(tǒng)項(xiàng)目經(jīng)理，一直支持桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的這項(xiàng)工作，并提供必要的資金。

梅捷溶液法代表了一種巧妙的現(xiàn)成溶液，即陰極/電解質(zhì)聚合體。古柯說，“因?yàn)樗褂矛F(xiàn)成的低價(jià)前驅(qū)，所以很可能帶來創(chuàng)新、一個(gè)高性價(jià)比的存儲系統(tǒng)將極大地影響整個(gè)美國電網(wǎng)。

該研究結(jié)果適用于液流電池新型正極材料。桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)的下一步是尋找類似的液流電池陽極材料，研究人員對他們的進(jìn)展感到鼓舞。

桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室(桑迪亞 國家 實(shí)驗(yàn)室)研究人員開發(fā)了一系列新的液體鹽電解質(zhì)，稱為metier溶液(metils)電池經(jīng)濟(jì)有效，儲能比現(xiàn)在的電池高三倍以上。

該研究有助于將太陽能風(fēng)能等大規(guī)模間歇性可再生能源經(jīng)濟(jì)可靠地接入國家電網(wǎng)。

桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的液體鹽電解質(zhì)，可以制成電池，其能量密度增加了三倍，優(yōu)于現(xiàn)有的其他存儲技術(shù)。這些所謂的梅蒂爾溶液(metils)，從左到右分別是：銅基化合物鈷基化合物錳基化合物鐵基化合物鎳基化合物和釩基化合物。來源：桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室

電網(wǎng)是為穩(wěn)定的能源設(shè)計(jì)的，所以很難適應(yīng)，因?yàn)椴▌拥碾娏碜蚤g歇性的可再生能源。更好的儲能技術(shù)可以平衡這些流動和波動的能源，桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員正在研究新的方法，更加靈活地開發(fā)、更具成本效益和可靠性的電網(wǎng)，以改善儲能。

美國和世界需要大大突破電池技術(shù)，并取代今天 美國的碳基能源系統(tǒng)，桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室，可再生能源。Maitier溶液是一種新的溶液、前景廣闊的化學(xué)電池可能帶來下一代電站電池技術(shù)，取代鉛酸電池和鋰離子電池，并為這些應(yīng)用帶來巨大的儲能密度。