能夠儲存光伏發(fā)電和風(fēng)力渦輪機產(chǎn)生的能量的技術(shù)可以在能源行業(yè)的脫碳中發(fā)揮關(guān)鍵作用。太陽能電池和風(fēng)力渦輪機的運行都依賴于合適的天氣條件，電網(wǎng)規(guī)模的儲能解決方案可以幫助存儲太陽出來和風(fēng)吹時產(chǎn)生的能量，以便以后使用。
這些存儲解決方案中最有前途的是所謂的水性氧化還原液流電池（aqueous redox flow batteries，ARFB），其設(shè)計旨在用于在化學(xué)溶液中存儲能量。這些電池具有多種優(yōu)點，包括安全性、使用壽命長、功率容量大和制造成本低。
盡管具有這些顯著的優(yōu)勢，但制造具有長使用壽命的可靠ARFB仍然具有挑戰(zhàn)性，因為這些電池的性能嚴重依賴于其兩側(cè)（分別包含帶正電和帶負電的電解質(zhì)）之間的平衡。ARFB電池內(nèi)競爭性的水分解反應(yīng)會損害其庫侖效率，對兩側(cè)之間的平衡產(chǎn)生不利影響并縮短電池的使用壽命。
據(jù)外媒報道，哈佛大學(xué)（Harvard University）的研究人員最近推出一種策略，通過實現(xiàn)溫和的pH解耦水流電池，可以幫助減輕這種影響。期刊《Nature Energy》中描述到，這一策略需要使用弱酸性和弱堿性電解質(zhì)，以減輕化學(xué)溶液之間的交叉，從而防止先前報道的效率降低。
研究人員Dawei Xi、Abdulrahman M. Alfaraidi及其同事表示：“在ARFB的兩種電解質(zhì)之間建立pH值差異（pH解耦）可以使電池電壓超過1.23V熱力學(xué)水分解窗口，但酸堿交叉會影響效率和壽命。我們采用弱酸性和弱堿性電解質(zhì)來減輕交叉，實現(xiàn)高往返能量效率，且開路電壓>1.7 V。”
研究人員創(chuàng)建的ARFB包含pH值約為13的帶負電電解質(zhì)和pH值約為3的帶正電電解質(zhì)。研究小組發(fā)現(xiàn)，該設(shè)計將電解質(zhì)之間的交叉率顯著降低至小于0.3 nmol s-1 cm-2，實現(xiàn)了1.7 V以上的開路能效和較長的使用壽命。
Xi、Alfaraidi和即其他同事寫道：“我們實施了酸堿再生系統(tǒng)，定期將電解質(zhì)恢復(fù)到初始pH值。該組合系統(tǒng)在穩(wěn)定運行一周多的過程中，每天的容量衰減率<0.07%，往返能源效率>85%，庫侖效率約為99%。成本分析表明，如果pH解耦A(yù)RFB實現(xiàn)更高的電壓輸出和更低的電阻，則可以提高酸堿交叉的耐受性。”
研究人員采用的這種基于溫和pH解耦的策略很快就能幫助提高ARFB的性能、壽命、倍率能力和能源效率。這反過來可能對未來可再生能源產(chǎn)生的能源存儲產(chǎn)生重要影響，同時也可能有助于增強電網(wǎng)規(guī)模、遠程供電和電動汽車充電系統(tǒng)。
