神奇的新型液流电池将取代锂电池

也许将在不久的将来会成为现实：C女士开车去参加她在乡村里朋友的Party。这时车的电池指示告诉她重新充电。她在一个充电站停下来，用信用卡在加油泵上点一下，把一个喷嘴插进车里，在5分钟内就把400升用过的纳米流体换成了新的。就在她等待的时候，一辆油罐车停了下来，用数万升的新燃料来给空间站的旧油换成新油。这时，C女士关闭了她的电动车的加油口，刚刚加进纳米流体足够她行驶700公里。

她的电动汽车的电池是液流电池的一个变种，设计中使用过的电解液被替换而不是充电。液流电池安全、稳定、持久、易于充电，这些特性非常适合平衡电网、提供不间断电源和备用电源。

然而，这种电池使用的是一种全新的液体，叫做纳米电子燃料。与同等尺寸的传统液流电池相比，它可以存储15至25倍的能量，允许电池系统足够小，用于电动汽车，能量密度足够大，以提供汽油动力车辆的差不多的快速“充电”。这是一个被美国战略技术办公室寄予厚望的民用衍生品项目。

美国国防部高级研究计划局(DARPA)正致力于通过这项技术来部署2030年的全电动车辆和2050年的EV战术车辆。

纳米颗粒大大增加了液流电池燃料的能量密度，使其适合在电动汽车中使用

目前使用的锂基电池一系列问题。你需要许多充电基础设施，还有充电时间长、热量流失(即火灾)的危险、锂电池相对较短的工作寿命，以及当旧电池不再有用时获取电池材料和回收它们的困难。一个电池缓解这些问题是DARPA的目标。新的液流电池似乎达到了每一个目标。如果成功的话，对交通电气化的好处将是巨大的。

液流电池安全、寿命长

纳米电燃料电池是一种的还原—氧化(氧化还原)液流电池。 第一次提出是在近一个半世纪前。新的设计复活了在20世纪中期，被开发为可能使用在月球基地，并进一步改进用于网格存储。

液流电池使用两种含有离子的化学溶液，一种作为阳极电解液(靠近阳极)，另一种作为阴极电解液(靠近阴极)。两种溶液之间的电化学反应推动电子通过电路。典型的氧化还原液流电池使用基于铁铬或钒化学的离子;后者利用钒的四种不同的离子状态。

在反应的化学方面，每种溶液被连续泵入电池的不同侧面。离子通过膜从一种溶液进入另一种溶液，膜使溶液分开。在电学方面，电流从一个电极流入外部电路，在返回到另一个电极之前循环。电池可以通过两种方式充电：两种溶液可以通过向相反方向移动的电流就地充电，这是传统电池充电的方式，或者用充电的溶液替换用完的溶液。

除了在性能和安全性上击败锂电池，液流电池还更容易扩大规模：如果您想存储更多的能量，只需增加溶液储罐的大小或溶液的浓度。如果你想提供更多的权力，只要堆叠更多的电池。

伊利诺伊州内珀维尔的 Volta 能源技术公司 的技术负责人、流动电池专家 卡拉·罗比 说，这种可扩展性使得流动电池适用于需要高达 100 兆瓦的应用。平衡电网中能量流的任务就是一个例子。

然而，传统的液流电池在给定的体积和质量中只包含很少的能量。它们的能量密度只有锂离子电池的10%。研究人员的任务就是将它的能量密度提高到能和锂离子电池相媲美。