PNNL國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了鋅碘化合物流體電池。相比于用于新能源存儲(chǔ)和電網(wǎng)的下一代常規(guī)流體電池，其能量密度是后者的兩倍多。

在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試證中，鋅碘電池放電量為每升電解液167瓦時(shí)，相比之下，鋅溴流體電池的放電量為70瓦時(shí)，釩流體電池的放電量為15至25瓦時(shí)。開發(fā)人員計(jì)算，他們的新電池在理論上能實(shí)現(xiàn)更高的放電量，達(dá)到322瓦時(shí)/升電解液，但是前提是電解液的溶質(zhì)量要繼續(xù)增加才行。研究論文發(fā)表于NatureCommunications期刊。

和其他流體電池一樣，鋅碘電池也由陰陽極各自的電解液存儲(chǔ)容器和中間的電解液混合容器組成。當(dāng)電池沒電時(shí)，兩個(gè)儲(chǔ)液容器內(nèi)的電解液成分相同，都帶有Zn2鋅離子和I-碘離子。

當(dāng)電池充滿電時(shí)，其中一個(gè)儲(chǔ)液容器內(nèi)增加一種I3-多碘離子。當(dāng)電池放電時(shí)，兩種電解液被泵入中間的反應(yīng)容器內(nèi)。在每個(gè)電池單元中，鋅離子越過選擇透過性薄膜，轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘黉\，附著在電池的負(fù)極一側(cè)。這一過程將電解液中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為了電能。

為了證實(shí)這一新概念電池的可行性，實(shí)驗(yàn)人員在實(shí)驗(yàn)室制造了小型的電池樣品。他們混合了電解液，分離了黑色的鋅碘溶液和無色的鋅碘溶液，分別裝在兩個(gè)小瓶子中模擬電池組中的儲(chǔ)液容器。小瓶子之間用泵和管道相連。

他們將這個(gè)12瓦時(shí)容量的電池樣品投入一系列測(cè)試中，以確定鋅離子和碘離子對(duì)電池容量的影響。試驗(yàn)結(jié)果表示，這塊電池樣品的儲(chǔ)能量比現(xiàn)在常用的鋅溴電池、釩電池等流體電池高出很多。相比鋰離子硫化物電池，其容量仍然高出70%。

安全性出色

另外，PNNL實(shí)驗(yàn)室的鋅碘電池更加安全，因?yàn)殡娊庖翰皇瞧渌黧w電池中常用的酸性液體，而是基于水的。所以它幾乎無法點(diǎn)燃，也無需防腐蝕材料。

這種鋅碘電池的另一優(yōu)點(diǎn)就是適應(yīng)極端氣候，華氏-4到122度下都可正常工作。其他電池的工作溫度范圍很小，需要額外的加熱和冷卻系統(tǒng)，增加了電池的用電量。

然而它也有缺點(diǎn)，那就是不斷在陰極長(zhǎng)大的金屬鋅沉淀，最后有可能變大直到和膜片接觸。研究小組希望通過在電解液中加入酒精的方法將金屬鋅沉積的問題解決。

鋅金屬在陰極的沉積是阻礙它實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的最大問題。研究人員還會(huì)試驗(yàn)不同種類酒精溶液和其他添加劑，繼續(xù)嘗試。為了接下來的試驗(yàn)，他們還將制造更大尺寸100瓦時(shí)的電池樣品。

他們說：“大容量鋅碘電池的另一個(gè)意料之外的好處就是未來可能用于驅(qū)動(dòng)交通工具，如火車和汽車。”

在研究過程中，科研人員使用了PNNL國家實(shí)驗(yàn)室下屬的EMSL環(huán)境分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，中間采用了多種先進(jìn)儀器，觀測(cè)化學(xué)反應(yīng)過程，如核磁共振、拉曼光譜、質(zhì)量光譜等。試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)來自能源部旗下的能源可靠性、電能輸送辦公室的資助。