桑迪亚研发出新型液体电池能量密度提高三倍

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MetIL。由它们制成的电池经济有效，储存能量比目前的电池高出三倍多。

这项发表在《道尔顿交易》上的研究可以带来一些设备，并有助于将太阳能和风能等大规模间歇性可再生能源经济可靠地整合到国家电网中。

桑迪亚国家实验室的研究人员发现了一种新的液态盐电解质，这种电解质可以制成电池，能量密度增加了两倍，比其他现有的存储技术更好。这些所谓的MetIL从左到右分别是铜基化合物、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而设计的，因此很难适应，因为波动的电力来自间歇性可再生能源。更好的储能技术可以平衡这些流动的波动能源，桑迪亚国家实验室的研究人员正在研究开发更灵活、更具成本效益和更可靠的电网的新方法，以改善储能。

桑迪亚国家实验室高能组件实现项目主任AnthonyMedina表示：“美国和世界需要在电池技术上取得重大突破，用可再生能源取代当今的碳基能源系统。”。Metier解决方案是一种新的、有前景的化学电池，它可能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。"

在过去的20年里，锂离子电池一直是储能研究的前沿。它们的紧凑结构和轻量化设计非常适合手机、只是因为材料的性质。"

Maitier溶液的电化学效率或反向充电性能要高得多，远远超过迄今为止公布的任何结果。研究团队已经制备了近200种组合的阳离子、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，最终溶液会变得粘稠，堵塞电池膜和电极表面。研究小组通过开发不对称阳离子或带正电的离子来解决这一挑战，这种离子就像足球一样。在这个比喻中，黑色五边形代表带负电的区域，白色六边形代表带正电的区域。这种布置降低了熔点，因为它可以防止离子液体成分结合并形成固体，同时，部分电荷仍然允许电子自由流过电池以产生电流。

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溶液，即阴极/电解质聚合物。可口可乐表示，“因为它使用了现成的低价前体，很可能会带来创新的、具有成本效益的存储系统，这将极大地影响整个美国电网。”

该研究结果适用于新型液流电池正极材料。桑迪亚国家实验室团队的下一步是为液流电池的阳极寻找类似的材料，研究人员对他们的进展感到鼓舞。

Anderson说：“有三个因素需要同时考虑，而且它们并不总是相关的：粘度、电导率和基本电化学效率。”令人兴奋的是，这三个因素都同时适用。这就像在寻找宝藏，但没有地图。我们正在创建这张地图，我们对这种可能性感到非常兴奋。"

（编辑/李燕郊）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MetIL。由它们制成的电池经济有效，储存能量比目前的电池高出三倍多。

这项发表在《道尔顿交易》上的研究可以带来一些设备，并有助于将太阳能和风能等大规模间歇性可再生能源经济可靠地整合到国家电网中。

桑迪亚国家实验室的研究人员发现了一种新的液态盐电解质，这种电解质可以制成电池，能量密度增加了两倍，比其他现有的存储技术更好。这些所谓的MetIL从左到右分别是铜基化合物、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而设计的，因此很难适应，因为波动的电力来自间歇性可再生能源。更好的储能技术可以平衡这些流动的波动能源，桑迪亚国家实验室的研究人员正在研究开发更灵活、更具成本效益和更可靠的电网的新方法，以改善储能。

桑迪亚国家实验室高能组件实现项目主任AnthonyMedina表示：“美国和世界需要在电池技术上取得重大突破，用可再生能源取代当今的碳基能源系统。”。Metier解决方案是一种新的、有前景的化学电池，它可能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。"

在过去的20年里，锂离子电池一直是储能研究的前沿。它们的紧凑结构和轻量化设计非常适合手机、e电解质。溶液中自由漂浮的离子可以导电，溶液从外部容器穿过电化学电池，将化学能转化为电能。液流电池可以快速充电和放电，只需改变电解质的充电状态，这种电活性物质就可以很容易地多次重复使用。Anderson说，液流电池可以持续14000多次循环，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。

然而，液流电池网格存储系统大约有一所房子那么大，而且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，同时增加给定的体积储能或能量密度。

液流电池已在美国、日本和澳大利亚得到应用。大量高达25兆瓦的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。溴化锌和钒氧化还原系统是最大的竞争对手。但所使用的材料性中等，钒的价格波动很大。此外，水溶液限制了可以溶解的物质的量和可以储存的能量，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，因为不使用水。Anderson成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David Ingersoll、有机化学家Chad Staige、化学技术人员Harry Pratt和Jonathan Leonard。他们设计的是一种新型的电化学可逆金属基离子液体，简称MetIL，由廉价无的材料制成，如铁、铜和锰，这些材料在美国很容易买到。

Anderson说：“我们的盐不是溶解在溶剂中，而是一种溶剂。”。“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，这可以大大减少所需的电池尺寸，这只是因为材料的性质。”

Maitier溶液的电化学效率或反向充电性能要高得多，远远超过迄今为止公布的任何结果。研究团队已经制备了近200种组合的阳离子、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，最终溶液会变得粘稠，堵塞电池膜和电极表面。研究小组通过开发不对称阳离子或带正电的离子来解决这一挑战，这种离子就像足球一样。在这个比喻中，黑色五边形代表带负电的区域，白色六边形代表带正电的区域。这种布置降低了熔点，因为它可以防止离子液体成分结合并形成固体，同时，部分电荷仍然允许电子自由流过电池以产生电流。

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溶液，即阴极/电解质聚合物。可口可乐表示，“因为它使用了现成的低价前体，很可能会带来创新的、具有成本效益的存储系统，这将极大地影响整个美国电网。”

该研究结果适用于新型液流电池正极材料。桑迪亚国家实验室团队的下一步是为液流电池的阳极寻找类似的材料，研究人员对他们的进展感到鼓舞。

Anderson说：“有三个因素需要同时考虑，而且它们并不总是相关的：粘度、电导率和基本电化学效率。”令人兴奋的是，这三个因素都同时适用。这就像在寻找宝藏，但没有地图。我们正在创建这张地图，我们对这种可能性感到非常兴奋。"

（编辑/李燕郊）

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