美国能源部西北太平洋国家实验室(PNNL)的研究人员重新利用了水处理设施中常用的一种化学物质，创造了一种新的大规模储能解决方案。这种创新的电池设计利用了地球上丰富的材料，提供了一种安全、经济的水基液流电池，可以显著提高风能和太阳能等间歇性能源与国家电网的整合。
发表在《Nature Communications》上的这项研究报告称，铁基电池表现出了卓越的循环稳定性，在1000次连续充电循环中保持了98.7%的最大容量。这一性能标志着比之前的铁基电池有了实质性的改进，之前的铁基电池在更少的循环中表现出明显更高的充电容量退化。
自20世纪80年代以来，铁基液流电池一直在使用，并已商品化。然而，这种新型电池以一种独特的液体化学配方储存能量，该配方将带电的铁与中性ph值的磷酸基液体电解质结合在一起，这种电解质被称为含氮三膦酸盐(硝基三甲基膦酸或NTMPA)，这种化学物质通常用于抑制水处理厂的腐蚀，在商业上可以大量使用。
“我们正在寻找一种电解质，它可以在室温和中性pH值的温和操作条件下将带电铁结合并储存在液体复合物中，”资深作者李老师说。“我们有动力开发地球上资源丰富、可以在国内采购的电池材料。”
液流电池可以作为电网的备用发电机，对于包括可再生能源储存在内的脱碳战略至关重要。它们可以按不同的规模建造，从实验室工作台模型到城市街区大小，使它们适用于不同的应用。
电网运营商正越来越多地寻求在靠近消费者的城市或郊区安装电池储能系统(BESS)，在这些地方，安全是一个重大问题。PNNL开发的液流电池可以帮助解决这些问题，因为它可以在中性pH的水中运行。
“使用类似于我们在这里开发的化学物质的BESS设备将具有在中性pH值的水中运行的优势，”合著者Aaron Hollas说。“此外，我们的系统使用了市售的试剂，这些试剂以前没有被研究过用于液流电池。”
PNNL电池的初始设计实现了高达9瓦时每升(Wh/L)的能量密度。虽然这比商业化钒基系统的25 Wh/L能量密度要小，但新设计使用的地球丰富材料允许可扩展的建筑来匹配能量输出需求。
李说:“我们的下一步是通过关注电压输出和电解质浓度等方面来提高电池性能，这将有助于提高能量密度。”“我们的电压输出低于典型的钒液流电池输出。我们正在努力改善这一点。”
PNNL的研究人员计划在2024年在PNNL开放的电网存储发射台(GSL)上扩展这种技术和其他新电池技术。
这项技术对可再生能源部门的潜在影响是深远的。通过提供可靠高效的能源储存手段，铁基流电池可以在稳定电网、促进更广泛地采用可再生能源以及最终促进全球减缓气候变化的努力方面发挥关键作用。
原文始发于微信公众号（源因产研院）：PNNL：创新的铁基电池设计
