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 Rose Ruther和Jagjit Nanda一直致力于研發用于低成本氧化還原液流電池的薄膜，以對電網規模的能量進行存儲。

來自橡樹嶺國家實驗室的科學家們已研發出一種新型低成本固定式電池系統的關鍵部件。該系統可利用常規材料設計用于電網規模的電能存儲。

大型、經濟型的電力存儲系統可通過多種方式使國家電網受益：在高峰和非高峰需求時間之間平衡負載；在停電期間供電；儲存來自風能和太陽能等波動性能源的電力；另外，還可以適應電動汽車的極快速充電。

盡管使用鋰離子電池的固定式系統正在增加，但電網主要依靠水電設施來儲存能量。另外鋰資源十分昂貴，且大多產自美國以外的國家。

一些公用事業公司一直在測試氧化還原液流電池（RFB）系統。這是傳統電池和燃料電池之間的交叉。RFB非常適合網格應用，因為它們耐用、壽命長、易于擴展，并且響應時間快。 然而，目前正在測試的大多數RFB依賴于水基（水）系統，這減少了電池系統所能存儲的電量—也稱為能量密度。

一種非水液流電池使用普通的、低成本的材料來代替水，并能以更小的體積儲存更高的能量。這一直是電池科學家的首要任務。其中關鍵之一就是研發出一種合適的薄膜來分離電池中的正負電解質，同時允許離子的轉移。

橡樹嶺國家實驗室的科學家們現在已經為一種基于鈉的非水RFB系統開發出了一種薄膜。這種薄膜可將水基RFB系統的能量密度增加1倍或3倍。這項工作由美國能源部電力辦公室及其儲能計劃和橡樹嶺國家實驗室提供資金資助。

一種鈉離子導電膜，用于非水氧化還原液流電池。圖片來源：橡樹嶺國家實驗室/Carlos Jones

該薄膜由普通的低成本聚合物聚環氧乙烷（PEO）制成。通過添加增塑劑：四甘醇二甲醚，其導電性提高了100倍。然而，該共混物也降低了膜的機械強度。 為抵消這種影響，科學家們將PEO與羧甲基纖維素混合—羧甲基纖維素是另一種常見的安全材料，通常用于食品工業中的增稠劑。所有三種物質的組合產生非常耐用的薄膜，預期其在高能電池中會有出色的表現。

來自橡樹嶺國家實驗室材料科學與技術部門的首席研究員Jagjit Nanda說道，“非水氧化還原液流系統在高壓下工作，能夠實現更高的能量密度。但關鍵是：我們不僅要獲得高能量密度電池，而且還不能造成任何成本損失。”

能源和運輸科學部的合作者之一Rose Ruther說道：“這真的是與該系統的化學性質有關，而且我們還需要了解它們之間如何相互聯系相互影響。另外，我們也需要弄清楚為什么我們的薄膜電導率得到了很大的提高。”

該研究在最近發表于雜志《ACS Energy Letters》的期刊論文“用于非水氧化還原液流電池的低成本、高機械強度、鈉離子傳導薄膜”中有詳細介紹。

“為電網找到能量存儲解決方案是一個巨大的推動力。大型儲能系統可能是一個非常昂貴的提議，”Ruther說道。“成本隨尺寸而發生變化。因此，如果我們能夠增加電池存儲能量密度，那么可以顯著降低成本。”

Nanda表示，“圣杯系統不會使用稀缺且昂貴的資源，并且憑借比現有電池技術更低的成本，其商業化潛力更高。目前系統中最薄弱的環節是薄膜，但是我們已通過這種新型低成本原型在解決這個問題方面取得了一定的進展。”

該項目的下一步是進一步研發薄膜，使其更有選擇性地防止反離子之間的交換，并提高其機械柔性和耐用性。