哈佛大学实现温和pH解耦水液流电池 可增强电动汽车等充电系统

盖世汽车讯 能够储存光伏发电和风力涡轮机产生的能量的技术可以在能源行业的脱碳中发挥关键作用。太阳能电池和风力涡轮机的运行都依赖于合适的天气条件，电网规模的储能解决方案可以帮助存储太阳出来和风吹时产生的能量，以便以后使用。

这些存储解决方案中最有前途的是所谓的水性氧化还原液流电池（aqueous redox flow batteries，ARFB），其设计旨在用于在化学溶液中存储能量。这些电池具有多种优点，包括安全性、使用寿命长、功率容量大和制造成本低。

尽管具有这些显著的优势，但制造具有长使用寿命的可靠ARFB仍然具有挑战性，因为这些电池的性能严重依赖于其两侧（分别包含带正电和带负电的电解质）之间的平衡。ARFB电池内竞争性的水分解反应会损害其库仑效率，对两侧之间的平衡产生不利影响并缩短电池的使用寿命。

据外媒报道，哈佛大学（Harvard University）的研究人员最近推出一种策略，通过实现温和的pH解耦水流电池，可以帮助减轻这种影响。期刊《Nature Energy》中描述到，这一策略需要使用弱酸性和弱碱性电解质，以减轻化学溶液之间的交叉，从而防止先前报道的效率降低。

图片来源：期刊《Nature Energy》

研究人员Dawei Xi、Abdulrahman M. Alfaraidi及其同事表示：“在ARFB的两种电解质之间建立pH值差异（pH解耦）可以使电池电压超过1.23V热力学水分解窗口，但酸碱交叉会影响效率和寿命。我们采用弱酸性和弱碱性电解质来减轻交叉，实现高往返能量效率，且开路电压>1.7 V。”

研究人员创建的ARFB包含pH值约为13的带负电电解质和pH值约为3的带正电电解质。研究小组发现，该设计将电解质之间的交叉率显著降低至小于0.3 nmol s-1 cm-2，实现了1.7 V以上的开路能效和较长的使用寿命。

Xi、Alfaraidi和即其他同事写道：“我们实施了酸碱再生系统，定期将电解质恢复到初始pH值。该组合系统在稳定运行一周多的过程中，每天的容量衰减率<0.07%，往返能源效率>85%，库仑效率约为99%。成本分析表明，如果pH解耦ARFB实现更高的电压输出和更低的电阻，则可以提高酸碱交叉的耐受性。”

研究人员采用的这种基于温和pH解耦的策略很快就能帮助提高ARFB的性能、寿命、倍率能力和能源效率。这反过来可能对未来可再生能源产生的能源存储产生重要影响，同时也可能有助于增强电网规模、远程供电和电动汽车充电系统。