南加州大學(xué)的科學(xué)家們開發(fā)了一種新的電池，可以解決限制可再生能源廣泛使用的電力存儲問題。

這項技術(shù)是對已知設(shè)計的一種改進(jìn)，該設(shè)計將電能儲存在溶液中，對電子進(jìn)行分類并在要時釋放電能。氧化還原液流電池已經(jīng)存在有一段時間了，但是南加州大學(xué)的研究人員已經(jīng)基于低成本和現(xiàn)成的材料制造了一個更好的版本。

該研究的重要作者南加州大學(xué)洛克碳?xì)浠衔镅芯克穆?lián)合主任、化學(xué)教授斯里·納拉揚說：“我們已經(jīng)開發(fā)了一種廉價、長壽命、安全和環(huán)保的液流電池，可以大規(guī)模地儲存太陽能和風(fēng)能系統(tǒng)的能量。”

這項研究近日發(fā)表在《電化學(xué)學(xué)會雜志》上。

能量存儲是可再生能源的一大障礙，因為當(dāng)風(fēng)力發(fā)電和太陽能電池發(fā)電是，并不一定剛好存在相一致的電力需求。尋找可行的存儲解決方法面對許多挑戰(zhàn)，這是USC科學(xué)家試圖解決的問題。他們著眼于氧化還原液流電池，因為其已在部分場合中得到了應(yīng)用。它使用流體來存儲電化學(xué)能，通過還原和氧化對電子進(jìn)行分類和重組，并在要時釋放它們以發(fā)電。

圖片來源：南加州大學(xué)

南加州大學(xué)的科學(xué)家取得的關(guān)鍵創(chuàng)新在于他們使用不同的液體：一種硫酸鐵溶液和一種酸。硫酸鐵是礦業(yè)的廢棄物，價格低廉。蒽醌二磺酸（AQDS）是一種有機材料，由于其穩(wěn)定性、溶解性和儲能潛力，已在一些氧化還原流電池中得到應(yīng)用。雖然這兩種化合物是眾所周知的，但這是第一次將它們組合在一起以證明其具有大規(guī)模儲能的潛力。在南加州大學(xué)實驗室進(jìn)行的測試證明，該電池比競爭對手具有更大的優(yōu)勢。

首先，硫酸鐵便宜而豐富，一角硬幣約可購買2．2磅，而AQDS的大規(guī)模生產(chǎn)每磅僅花費約1．60美元。按照這些價格，南加州大學(xué)科學(xué)家開發(fā)的這種電池的材料成本為每千瓦時66美元；假如大規(guī)模生產(chǎn)，電力成本將不到使用釩的氧化還原電池的一半，釩的價格更高且毒性更大。

其次，研究人員發(fā)現(xiàn)，與原有技術(shù)不同，鐵AQDS電池可以循環(huán)或充電數(shù)百次，而幾乎不會斷電。能量存儲系統(tǒng)的耐用性關(guān)于大規(guī)模使用很重要。

與鋰離子電池相比，這項技術(shù)還具有存儲優(yōu)勢。由鋰離子電池供電的消費電子產(chǎn)品和電動汽車的普及，造成了這種元素的稀缺，從而推高了成本。該研究說，反過來，這些經(jīng)濟(jì)效益又使其他更便宜的能源儲存選擇更具吸引力。此外，鋰離子電池的續(xù)航時間也不長，因為要充電，大多數(shù)手機和筆記本電腦充電的人都了解這一點。

可再生能源的使用正在上升，但由于能源儲存的限制而受到限制。目前僅存20％的太陽能和風(fēng)能要7000千兆瓦時的儲備能力。10億瓦每小時的電力足夠70萬戶家庭使用一小時。

納拉揚說：“到目前為止，還沒有經(jīng)濟(jì)上可行的、環(huán)保的、可持續(xù)25年的能源儲存解決方法。鋰離子電池使用壽命短，而釩基電池使用昂貴、相對有毒的材料，限制了大規(guī)模使用。我們預(yù)計這些電池將用于住宅、商業(yè)和工業(yè)建筑，以獲取可再生能源。”