談到可再生能源，最大的問(wèn)題可能是：我們?nèi)绾蝺?chǔ)存所有的能源供日后使用？因?yàn)檫@種能量在自然界是間歇性的，所以在有剩余的時(shí)候儲(chǔ)存是保證雨天（字面意思是雨天）、夜間或不刮風(fēng)時(shí)可以保持持續(xù)供應(yīng)的關(guān)鍵。

使用現(xiàn)在的鋰離子電池進(jìn)行長(zhǎng)期的電網(wǎng)存儲(chǔ)是不可行的，原因有很多。例如，它們有固定的充電容量，并且在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不能很好地保持電量，其造價(jià)和維護(hù)成本并不便宜。

有人提出，解決辦法是以氫燃料的化學(xué)形式而不是電的形式儲(chǔ)存能量。這包括使用稱為電解槽的裝置，利用可再生能源將水分解成氫氣和氧氣。

華盛頓太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Pacific Northwest National Laboratory）負(fù)責(zé)固定能源儲(chǔ)存研究的首席科學(xué)家Wei Wang說(shuō)：“氫是這類工作非常好的載體。它是一種高效的能源載體，可以很容易地儲(chǔ)存在加壓罐中。當(dāng)需要的時(shí)候，這些氣體可以通過(guò)燃料電池轉(zhuǎn)換回電能，然后送入電網(wǎng)。

但是水電解槽很貴。它們?cè)谒嵝詶l件下工作，需要耐腐蝕的金屬板和由鈦、鉑和銥等貴金屬制成的催化劑。奧斯陸一家專門從事制氫和儲(chǔ)氫的公司Nel Hydrogen的研發(fā)副總裁Kathy Ayers說(shuō)：“不僅如此，氧電極的效率也不高。她說(shuō)：“你失去了大約0.3伏特，僅僅是因?yàn)槟阍噲D將水轉(zhuǎn)化為氧氣，或者反之亦然。分裂水分子需要1.23伏的能量。”

為了克服這一問(wèn)題，在獲得美國(guó)能源部高級(jí)研究項(xiàng)目機(jī)構(gòu)Energy的資助后，Nel Hydrogen和Wang在太平洋西北的團(tuán)隊(duì)于2016年聯(lián)手，提出的解決方案是一種既能作為電池又能作為氫氣發(fā)生器的燃料電池。

“我們稱之為氧化還原流電池，因?yàn)樗茄趸€原流電池和水電解槽的混合體，”Wang解釋說(shuō)。

Photo: Nel HydrogenNel Hydrogen's reversible fuel cell system.

氧化還原液流電池，本質(zhì)上是一種可逆的燃料電池，通常由儲(chǔ)存在兩個(gè)獨(dú)立油箱中的正極和負(fù)極電解液組成。當(dāng)液體被泵入位于兩個(gè)罐之間的電池組時(shí)，就會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，并在電池的電極上產(chǎn)生電能。

相比之下，新發(fā)明只有一種電解質(zhì)，由溶解在酸中的鐵鹽（而不是更常用的釩）組成。當(dāng)氫離子與鐵鹽（Fe2+）反應(yīng)時(shí)，電池組中涂有鉑的碳陰極會(huì)產(chǎn)生氫氣。

“我們引入鐵作為中間人，因此我們可以將電解分為兩個(gè)反應(yīng)，”Wang說(shuō)。這樣做可以控制何時(shí)何地反向反應(yīng)，產(chǎn)生電能供應(yīng)電網(wǎng)。他說(shuō)，“在反反應(yīng)中再生Fe2+也可以連續(xù)生產(chǎn)氫氣。而且由于氫鐵電池使用的電壓大約是傳統(tǒng)電解槽的一半，如果你做得好，你可以以更低的成本產(chǎn)生氫氣。”

這也有助于鐵比釩更便宜和更豐富。

新加坡國(guó)立大學(xué)（National University of Singapore）的材料科學(xué)家Qing Wang看到了另一個(gè)好處。他說(shuō)：“如果你更關(guān)心純度，想擁有超純氫，那么也許這是一個(gè)很好的解決方案。電解過(guò)程中有時(shí)會(huì)發(fā)生交叉污染，因?yàn)楫a(chǎn)生的氫氣和氧氣非常小，它們能夠穿過(guò)膜分離器?！?/p>

新的氧化還原流動(dòng)電池在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中表現(xiàn)良好，顯示出高達(dá)每平方厘米1安培的充電能力，比正常流動(dòng)電池增加了10倍。它還能夠承受“幾百次循環(huán)”的充電，這在氫離子流電池中從未被證明過(guò)，Wang說(shuō)，他擁有多項(xiàng)發(fā)明專利，還有幾項(xiàng)正在申請(qǐng)中。

當(dāng)PNNL團(tuán)隊(duì)在一個(gè)10平方厘米的單電池上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，Nel Hydrogen公司的Ayers和她的同事們證明，即使將這項(xiàng)技術(shù)擴(kuò)展到一個(gè)100平方厘米的5個(gè)電池組，它也可以工作。他們計(jì)劃在接下來(lái)的幾個(gè)月里對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)，消除扭結(jié)，比如在將其商業(yè)化之前，如何將酸性電解液對(duì)泵造成的損害降到最低。