液流電池：請給我電子！

德國弗勞恩霍夫研究所的科學家們正在電池領域進行認真的開發工作，以取代傳統電池。借助氧化還原流技術，儲存電力的過程確實完全不同...

這些電池以液體為燃料，被倒入裝有汽油或柴油引擎的汽車中。這聽起來可能是烏托邦，但對德國普芬茨塔爾市弗勞恩霍夫研究所的 Jens Noack 來說，這其實就是日常生活。自 2007 年以來，他所在的開發團隊一直在全力開發這種奇特的可充電電池。事實上，液流電池或所謂的氧化還原液流電池的想法並不複雜，該領域的第一個專利可以追溯到1949年。兩個電池空間均由薄膜分隔（類似燃料電池），並連接到包含特定電解質的儲液器。由於物質之間容易發生化學反應，質子透過薄膜從一種電解質轉移到另一種電解質，電子透過連接到這兩個部分的電流接收器發送，從而產生電流。一段時間後，兩個電解槽會被排空並充滿新鮮電解液，用過的電解液會在充電站「回收」。

雖然這一切看起來不錯，但不幸的是，在汽車中實際使用這種類型的電池仍然存在許多障礙。釩電解液氧化還原電池的能量密度僅為每公斤30瓦時，與鉛酸電池大致相當。要儲存與現代 16 kWh 鋰離子電池相同的能量，按照目前的氧化還原技術水平，電池將需要 500 升電解液。再加上所有的外圍設備，當然體積也比較大——一個提供一千瓦功率所必需的籠子，就像一個啤酒箱。

鑑於鋰離子電池每公斤儲存的能量是汽車的四倍，這樣的參數並不適合汽車。不過，Jens Noack 很樂觀，因為這一領域的發展才剛開始，前景看好。在實驗室中，所謂的多硫化釩電池的能量密度達到每公斤70瓦時，其尺寸與豐田普銳斯目前使用的鎳氫電池相當。

這將所需的水箱容積減少了一半。由於相對簡單且廉價的充電系統（兩個泵泵入新電解液，兩個泵吸出用過的電解液），該系統可以在 100 分鐘內充電，提供 XNUMX 公里的續航里程。即使是快速充電系統，例如 Tesla Roadster 中使用的系統，其使用壽命也可以延長六倍。

在這種情況下，許多汽車公司轉向該研究所的研究也就不足為奇了，巴登-符騰堡州撥款 1,5 萬歐元用於開發。然而，要達到汽車技術階段還需要時間。 “這種類型的電池可以很好地與固定電源系統配合使用，我們已經在為德國聯邦國防軍建造實驗站。但是，在電動汽車領域，這項技術將在大約十年後適合實施，”諾克說。

生產氧化還原液流電池不需要特殊材料。不需要昂貴的催化劑（例如燃料電池中使用的鉑）或聚合物（例如鋰離子電池）。實驗室系統成本高昂，達到每千瓦 2000 歐元，這完全是因為它們是單一的、手工製作的。

與此同時，該研究所的專家正計劃建造自己的風電場，在那裡進行充電過程，即電解液的處理。通過氧化還原流，這一過程比將水電解成氫氣和氧氣並將其用於燃料電池更有效 - 瞬時電池可提供充電用電量的 75%。

我們可以想像充電站與常規電動車充電一起可以作為電網高峰的緩衝。例如，如今，儘管有風，德國北部的許多風力渦輪機也必須關閉，否則會使電網過載。

就安全而言，這裡沒有危險。「當你混合兩種電解質時，會發生化學‘短路’，產生熱量，溫度升至 80 度，但沒有其他反應。當然，有些液體是不安全的，但汽油和柴油也是。儘管氧化還原液流電池具有潛力，但弗勞恩霍夫研究所的研究人員也正在努力開發鋰離子技術…

文本： 亞歷山大·布洛赫（Alexander Bloch）

電池氧化還原流程

氧化還原液流電池實際上是傳統電池和燃料電池的結合。電流由於兩種電解質之間的相互作用而流動 - 一種連接到電池的正極，另一種連接到負極。在這種情況下，一個給出帶正電的離子（氧化），另一個接收它們（還原），因此該裝置得名。當達到一定程度的飽和時，反應停止，充電包括用新鮮電解質替換電解質。使用相反的過程恢復工人。