氧化还原液流电池示意图。电解质溶液从储罐中泵出，通过电化学电池进行充放电。来源:格罗宁根大学e .奥滕绿色电力的间歇性供应需要大规模的存储来保持我们的电网稳定。由于普通电池不能很好地扩展，使用液流电池的想法很有吸引力，这种电池将电力存储在液体中。然而，这些电池含有稀有金属，价格昂贵。荷兰格罗宁根大学的科学家设计了一种液流电池电解液，可以解决这两个问题。他们的结果发表在3月8日的《美国化学学会杂志》上。液流电池与我们日常使用的电池没有太大区别。最大的不同是，能量储存在两种不同的液体中，其中溶解有电荷储存用的化学物质。通过将这些液体泵送通过电化学电池来储存(并随后释放)电，该电池包含离子可以通过其交换的膜。这种电池的能量含量可以通过简单地使用更大的流体储罐来升级。
昂贵的
中国最近安装了液流电池，以减少绿色电力生产的可变性。格罗宁根大学分子无机化学副教授埃德温·奥滕说:“当太阳能和风能等间歇性能源在电力组合中变得更加突出时，就需要大规模的存储容量，因为电网可能会变得不稳定。”“中国人使用的这种电池是在20世纪80年代设计的，基于一种含钒的溶液。”
这种金属只在地球上的几个地方开采。“这意味着供应不能总是得到保证，而且相当昂贵，”奥滕解释道。此外，它需要一种特殊的膜来分离两种流体，这也增加了成本。这就是为什么奥滕的研究小组与来自荷兰埃因霍温大学和丹麦技术大学的同事一起，着手设计一种新型液流电池材料。
此图显示了实验中使用的布拉特自由基的结构。有机分子可以作为电子供体和电子受体。鸣谢:奥滕，格罗宁根大学布拉特激进派
“我们想要一个对称的电池，两个油箱都装有相同的液体，”奥滕说。"此外，我们希望它基于有机分子，而不是金属."液流电池的两侧通常装有不同成分的液体。对称电池的设计方法是将两面使用的分子连接在一起，并在两个槽中注入混合分子。“这种方法的缺点是每一面只使用分子的一部分。并且，在使用过程中，活性自由基会随着时间的推移而降解。这使得稳定性成为一个问题。”
奥滕和他的团队使用了不同的方法。他们寻找一种稳定的单分子，它可以接受或释放电子，因此可以用于电池的两面。最有希望的化合物是布拉特自由基，一种可以在氧化还原反应中接受或提供电子的双极性有机化合物。“我们选择的分子本质上也是稳定的，”奥滕说。
他们在一个小型电化学电池中测试了这种化合物。它工作良好，并在275次充电/放电循环中保持稳定。“我们需要将这个周期增加到数千个；然而，我们的实验是对概念的验证。有可能制造具有良好稳定性的对称液流电池。”有机布拉特自由基相对容易制造，虽然目前在工业上还没有生产，但应该可以扩大规模。
不平衡
“我们的对称设计的另一个优点是，如果我们的一些化合物在使用过程中穿过膜，这不是一个大问题，”奥滕解释说。“这可能会导致其中一个储罐中的容积稍微增加，但只要简单地反转极性，就可以轻松恢复任何不平衡。”在他们的测试中，他们已经证明这确实如预期的那样有效。其他对称电池的实验设计不够稳定，无法获得证明这一点所需的循环次数。
下一步是制造一种水溶性的布拉特自由基。大多数流通池是为水基流体设计的，因为水便宜且不易燃。“我们组的博士生已经在研究这个了。”下一步是增加布拉特自由基的稳定性和溶解性，并在更大范围内进行测试。奥滕说，“关键的测试是看我们的化合物对于商业应用是否足够稳定。”
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