这就是我们通常所知的“流动电池”,它可能比时下流行的锂离子电池或是汽车上使用的铅酸蓄电池体积大很多。但与传统的电池不同的是,这种流动电池不需要将所有的电池原件组合到一块,而是将电力供应源——就是常说的电解质与电极管分离开来。这种设计方式可以通过增加电解质的数量来增加蓄电容量。其中使用的电解质往往用一个外置的大容器承载。许多工程师都认为这种电池是一种很好的储存富余的太阳能和风能的方法,这样等到能量供应不足的时候就可以转换使用。
在“流动电池”的中心,有一堆像三明治一样叠起的电极。也就是我们常见的电极桩,它们由离子导向膜组成。在充电或放电的过程中,由安装在电极桩里的水泵装置将电解质泵出。在大部分的设计中,电池对外供电的时候,正极管一端就开始从分子里面往电解质里释放电子,最后通过闭路循环转移到另外一个电极管上面。在这个过程中,在第一根电极管上会产生正离子,随后通过电极膜进入到第二根电极管上,在那里它们能够对第一个电极管传来的电子进行中和。当电池充电的时候,电解质、电子和离子就反向流动,由第二根电极管流向第一根电极管。
去年,由哈佛大学材料学家麦克阿奇兹领导的研究团队制造了一种高能流动储电电池。在其中一种电解质内,他们使用了一种叫基尼奥内斯的醌类有机物对电子进行储存。而在另外一种电解质里,他们则使用了溴这种有毒物质。这种溴对钢铁以及储存电解质的容器和周围的管子都会产生一定的腐蚀作用。这使得该团队不得不用抗腐蚀的高价材料来做容器,这对本技术的推广运用带来了很大的障碍。
阿奇兹和他的同事一直在寻找一种方法,对电池的化学成分进行适当改变,这样他们就可以不再使用这种强腐蚀性的材料了。大部分流动电池使用的电解质要么是酸性的,要么是碱性的,这样可以使电子释放更加容易从一极转到另一极,这在电池的充电与放电工作中都很重要。在团队原先制作的流动电池中,使用的醌和溴都溶解在酸性的溶液中。
后来这个哈佛团队发现他们可以用亚铁氰化物取代醌。亚铁氰化物听起来不够安全,但实际上已经在食品添加剂中使用,它只溶于碱性溶液,因此阿奇兹和他的同事稍稍调整了一下这种溴的化学构成,用几对氢氧原子取代了其中一对硫原子,使这种有机物能够很好地溶于碱性溶液。
正如该团队今天在《科学》杂志上宣称的那样,这个方案已经奏效,他们的电池使用的有机物已经变得廉价、充足、无毒。
撰稿:Robert F. Service
来源:news.sciencemag.org