液体电池的新型液体电池
桑迪亚国家实验室的研究员兼无机化学家特拉维斯·安德森(Travis anderson)带领一个团队开发了下一代液流电池。这种液流电池泵出一种溶液，即自由浮动的带电金属离子，溶解在电解液中。溶液中自由浮动的离子可以导电，溶液从外部容器通过电化学电池，将化学能转化为电能。液流电池可以快速充放电，这种电活性物质只需改变电解液的充电状态就可以很容易地重复使用多次。安德森说，液流电池可以持续超过14000次循环，相当于在实验室中储存20多年的能量，这在锂离子电池中是不寻常的。
大约相当于一所房子大小的液流电池网格存储系统，比同样的锂离子电池成本更高。研究人员的目标是使液流电池更小、更便宜，同时增加给定体积的能量储存或能量密度。
液流电池已在美国、日本和澳大利亚得到应用。高达25兆瓦的大量系统正处于示范阶段。根据美国复苏和再投资法案(ARRA)，管理者是能源部的储能系统研究项目。锌溴和钒氧化还原系统是最大的竞争对手。但所用材料毒性中等，钒的价格波动较大。此外，水溶液限制了可以溶解的物质数量和可以储存多少能量，室外温度会降低性能。
桑迪亚国家实验室对液流电池的开创性研究可以避免这些问题，因为没有使用水。安德森建立了一个多学科团队，成员包括来自一些实验室的专家，包括电化学专家大卫·英格索尔、有机化学家查德·斯塔吉、化学技术员哈里·普拉特和乔纳森·伦纳德。他们设计的是一种新型的电化学可逆金属基离子液体，或metils，由廉价无毒的材料制成，如铁、铜和锰，这些材料在美国很容易获得。
要么盐溶解在溶剂中，要么我们的盐是溶剂。“我们可以获得非常高浓度的活性金属，因为我们不受饱和度的限制。它实际上在公式中。因此，我们可以经济有效地将能量密度提高三倍，这可以大大降低电池所需的尺寸，这只是因为材料的性质。”
在Maitier溶液中，电化学效率或反向充电性能要高得多，远远超过迄今为止发表的任何文献。研究小组制备了近200种结合的阳离子、阴离子和配体，其中5种超过了长期以来被视为黄金标准的二茂铁的电化学效率。
一个常见的问题是，当带正电和带负电的成分混合时，这些成分会开始聚集在一起，最终使溶液变得粘稠，堵塞电池隔膜和电极表面。研究小组通过开发不对称阳离子或带正电荷的离子解决了这一挑战，这种离子就像一个足球。在这个比喻中，黑色五边形代表带负电荷的区域，白色六边形代表带正电荷的区域。这种排列降低了熔点，因为它可以防止离子液体组分结合形成固体，同时部分电荷仍允许电子自由流过电池产生电流。
该研究小组由美国能源部电力输送和能源可靠性办公室资助。该办公室的储能系统项目经理Imre gyuk一直支持桑迪亚国家实验室的这项工作，并提供了必要的资金。
“Metier溶液法代表了一种巧妙的现成解决方案，它是一种阴极/电解质聚合物。Coca说，“由于它使用现成的低价前驱体，很可能带来创新的高性价比存储系统，这将极大地影响整个美国电网。"
该研究结果适用于液流电池新型正极材料。桑迪亚国家实验室团队的下一步是寻找类似的液流电池阳极材料，研究人员对他们的进展感到鼓舞。
桑迪亚国家实验室的研究人员开发了一系列新的液体盐电解质，即所谓的metils。用它们制成的电池经济有效，储存能量比现在的电池高三倍以上。
该研究有助于将太阳能、风能等大规模间歇性可再生能源经济可靠地接入国家电网。
桑迪亚国家实验室的研究人员发现了一种新的液体盐电解质，可以制成电池，能量密度提高了三倍，优于现有的其他存储技术。这些所谓的金属从左到右依次是铜基化合物、钴基化合物、锰基化合物、铁基化合物、镍基化合物和钒基化合物。资料来源:桑迪亚国家实验室
电网是为稳定的能源设计的，所以很难适应，因为波动的电力来自间歇性的可再生能源。更好的储能技术可以平衡这些流动波动的能源，桑迪亚国家实验室的研究人员正在研究新的方法，以开发更灵活、更具成本效益和更可靠的电网来改善储能。
美国和世界需要大大突破电池技术，用可再生能源取代今天的碳基能源系统桑迪亚国家实验室。“Metier solution是一种新的、有前景的化学电池，它可能会带来下一代电站电池技术，取代铅酸电池和锂离子电池，并为这些应用带来巨大的储能密度。”