液体电池

当科学家竞相为笔记本电脑、手机和其它轻便电子产品开发越来越小且越来越强大的固体电池时，美国麻省理工学院却截然相反，开发由液体金属制成的生态环保的大型固定电池组，能贮存大量风能或太阳能等绿色能源，可以充当医院等单位的备用电力。

1、定义

液体电池由一将电化学活性电极浸泡在装满电解液的玻璃容器组成的电池。

2、原理

任何电池，固体、液体或固液组合电池都只能贮存化学能。为了贮存化学能，任何电池得有三部分组成――阳极电极、阴极电极和阴阳电极之间的膜构成。大多数电池，包括笔记本电脑和电视机遥控器上使用的电池，都使用固体材料如锌或钴锂充当阴极，石墨充当阳极，液体盐溶液充当电解质膜。而此液体电池则不同，其阴阳和膜都是液体的，且都是炽热的熔化的像稀泥似的液体。

3、应用及前景

在近几年里，萨多威尝试了多种不同液体金属的配方，最先尝试的配方是熔化的锑和镁充当电极，中间有一层硫化钠充当膜。由于每一种金属有不同的密度，因此这三种金属不会彼此混合，且它们自然地分成三层。如果有意外事件干扰了这些金属层，它们也将会因各自重量的不同而再次自动分成三层。不管它们是由什么材料构成的，这些电池都放在不锈钢里密封着，大小和汽水饮料罐差不多。像此电池的内部材料一样，此电池的大小也没的最后确定下来。

萨多威说：“此电池应该很容易按比例扩大，如果我们想制造一个33加仑垃圾桶那么大的电池，我们就能做到。如果我们想制造足球场那么大的电池，我们也能做到。”而且，按比例缩放此电池大小很便宜，且能保持液体金属处于液体状态。此电池必须得加热到500摄氏度才行，这是标准家用烤箱的最高温度。

像家用烤箱一样，液体金属电池也需要同样的安全规程，或许有一天这种液体电池将成为住宅、医院和其它永久性建筑的一部分。科学家表示，此电池是贮存风能或太阳能的理想设备。而且此全部的液体金属电池最有可能取代其它的熔化金属电池（有固体膜介于阴阳极之间），如硫化钠电池，目前用作医院的备用电力，或者用作电力调度者，当夜晚用电不紧张时，此电池从电网用电，而当白天处于用电高峰时，此电池就将能量回输入电网。

4、半液体电池

麻省理工学院技术研究院对外公布了一项新技术--半固态液体电池芯。研究人员表示，这项技术在未来新能源汽车发展上，将起到推动作用。　半固态液体电池芯更换非常容易，只需为抽离电池内部耗光电能的“旧”电解液，再注入新电解液即可，短短几分钟就可让耗光电能的电池重新充满能量，不需要大的更换站，车主可根据需要自行更换。

麻省理工学院研究人员表示，半固态电解液的可使用电极材料种类多、成本低、体积小，电能高，对于当今价格昂贵的锂电池的开发和使用是一个很好的缓解。

5、新型液体电池

过去20年来，锂离子电池一直是前沿性的储能研究。它们结构紧凑，轻巧的设计非常适合用于手机，笔记本电脑和个人电子产品，但锂离子电池价格昂贵，而且退化问题妨碍它们进入电站高容量应用，就是用于全国电网。

桑迪亚国家实验室研究员和无机化学家特拉维斯·安德森(travisanderson)带领一个小组，开发出下一代液流电池。这种液流电池泵抽一种溶液，就是*浮动的带电荷的金属离子，这种离子溶解在电解液中，溶液中*浮动的离子可以导电，溶液从外部容器穿过电化学电池，把化学能转换成电能。液流电池可快速充放电，只需改变电解液的充电状态，这种电活性物质很容易重复使用多次。安德森说，液流电池可以维持超过14000次循环，这是在实验室，相当于20多年的能量储存，在锂离子电池中，这是不寻常的。

液流电池电网存储系统，大致上尺寸相当于一所房子，成本超过同样的锂离子电池。研究人员的目标，是使液流电池体积更小，更便宜，同时增加给定的体积能量存储，或能量密度。

液流电池已经实地应用于美国、日本和澳大利亚。大量的系统，高达25兆瓦都处在演示阶段，根据《美国恢复和再投资法案》(arra：americanrecoveryandreinvestmentact)，管理者是能源部能源存储系统研究项目。锌溴和钒氧化还原系统(zincbromineandvanadiumredoxsystems)是最大的竞争者。但所用的材料具有中等毒性，钒具有很大的价格波动。此外，水溶液限制了可以溶解的物质数量，以及可以储存多少能量，而且，室外温度会降低性能。

桑迪亚国家实验室开创性地研究液流电池，可避免这些问题，因为不使用水。安德森组建了一个多学科小组，专家来自一些实验室，包括电化学大卫·英格索兰(davidingersoll)，有机化学家乍得·斯泰格(chadstaige)，化学技师哈里·普拉特(harrypratt)和乔纳森·伦纳德(jonathanleonard)。他们所设计的，是一种新型电化学可逆的、金属基离子液体，或叫迈提尔溶液(metils)，采用的都是廉价无毒的材料，在美国很容易买到，如铁，铜，锰。

不是把盐溶解到溶剂中，我们的盐就是一种溶剂。“我们可得到非常高浓度的活性金属，因为我们不受饱和的限制。它实际上就在公式中。因此，我们可以经济有效地增加三倍的能量密度，这可大大降低电池所需的尺寸，只是因为材料的性质。”

电化学效率，或反向充电性能，在迈提尔溶液中要高得多，远远超过迄今公布的其他任何东西。研究小组已经制备了近200种组合的阳离子、阴离子和配体以及这类物质，其中有五种超过二茂铁(ferrocene)的电化学效率，这效率长期以来一直被认为是黄金标准。

一个共同问题是，混合带正电荷和带负电荷的成分，这些成分就会开始聚集在一起，最终使溶液变为粘性，堵塞电池膜和电极表面。研究小组解决了这一挑战，他们开发出不对称的阳离子，或者带正电的离子，这种离子就像一个足球。在这个比喻中，黑色的五边形代表带负电荷的区域，白色的六边形代表正电荷的区域。这种排列降低了熔点，因为可防止离子液体成分键合，形成固体，同时，部分电荷仍使电子可以*流动，穿过电池，产生电流。

研究小组资金来自美国能源部电力传输和能源可靠性办公室(officeofelectricitydeliveryandenergyreliability)。伊姆雷·古柯(imregyuk)是这一办公室的能源储存系统项目经理，一直支持桑迪亚国家实验室的这项工作，而且提供了必要的资金。

“迈提尔溶液方法代表了一种巧妙的现成的溶液，是一种阴极/电解质聚合体。古柯说，“因为是采用现成的，价格低廉的前体，因此，它很可能带来创新的、成本划算的存储系统，会极大地影响整个美国电网。”

这一研究结果适用于新的液流电池正极材料。桑迪亚国家实验室的小组下一步是找到类似材料，用于液流电池阳极，研究人员对他们的进步感到鼓舞。

桑迪亚国家实验室(sandianationallaboratory)的研究人员开发出一系列新的液体盐电解质，就是所谓的迈提尔溶液(metils)，制成的电池经济有效，存储能量比目前的电池高三倍以上。

这项研究有助于经济可靠地集成大规模间歇性可再生能源，如太阳能和风能，使并入全国电网。

桑迪亚国家实验室的研究人员发现一种新的液体盐电解质，可制成电池，能量密度提高三倍，胜过现有的其他存储技术。这些所谓的迈提尔溶液(metils)，从左至右依次为：铜基化合物，钴基化合物，锰基化合物，铁基化合物，镍基化合物和钒基化合物。来源：桑迪亚国家实验室

电网的设计是用于稳定的能源，这样，因为波动电力源自间歇性可再生能源，所以就很难适应。更好的能量存储技术可平衡这些流动的波动能源，而桑迪亚国家实验室的研究人员正在研究新的方法，开发更灵活、更具成本效益也更可靠的电网，以提高能源储存。

美国和全世界都需要极大地突破电池技术，用可再生能源取代今天的碳基能源系统，桑迪亚国家实验室。“迈提尔溶液是一种新的、有前途的化学电池，可能带来下一代的电站蓄电池技术，取代铅酸电池和锂离子电池，带来极大的能量存储密度，进行这些应用。”