液流电池：请给我电子！

来自德国弗劳恩霍夫研究所的科学家正在代替传统电池的电池领域进行认真的开发工作。借助氧化还原流技术，蓄电过程实际上完全不同...

将充有液体燃料的电池倒入装有汽油或柴油发动机的汽车中。这听起来像是乌托邦式的，但是对于德国普芬兹塔尔弗劳恩霍夫研究所的延斯·诺克来说，这实际上是日常生活。自2007年以来，他所参与的开发团队一直在全面开发这种奇特的可充电电池。实际上，流通式或所谓的流通式氧化还原电池的想法并不困难，该领域的第一项专利可以追溯到1949年。由膜分隔的两个电池空间（类似于燃料电池）中的每个空间都连接到包含特定电解质的容器中。由于物质之间发生化学反应的趋势，质子通过膜从一种电解质移动到另一种电解质，并且电子被引导通过连接到这两个部分的电流消耗器，结果电流就流动了。一定时间后，将两个水箱排干并充满新鲜的电解液，用过的一个在充电站“回收”。

虽然这一切看起来不错，但不幸的是，在汽车中实际使用这种类型的电池仍然存在许多障碍。钒电解液氧化还原电池的能量密度仅为每公斤30瓦时，与铅酸电池大致相当。要储存与现代 16 kWh 锂离子电池相同的能量，按照目前的氧化还原技术水平，电池将需要 500 升电解液。再加上所有的外围设备，当然体积也比较大——一个提供一千瓦功率所必需的笼子，就像一个啤酒箱。

这些参数不适用于汽车，因为锂离子电池每公斤可储存四倍的能量。不过，Jens Noack 是乐观的，因为该领域的发展才刚刚开始，前景看好。在实验室中，所谓的多硫化溴化钒电池达到了每公斤 70 Wh 的能量密度，并且在尺寸上与丰田普锐斯目前使用的镍金属氢化物电池相当。

这样可以将所需的储罐容积减少一半。得益于一个相对简单且便宜的充电系统（两个泵泵送新电解液，两个泵吸出用过的电解液），该系统可以在十分钟内充电到100公里。甚至像Tesla Roadster中使用的那种快速充电系统，其使用寿命也可以延长六倍。

在这种情况下，许多汽车公司转向该研究所的研究也就不足为奇了，巴登-符腾堡州拨款 1,5 万欧元用于开发。然而，要达到汽车技术阶段还需要时间。 “这种类型的电池可以很好地与固定电源系统配合使用，我们已经在为德国联邦国防军建造实验站。但是，在电动汽车领域，这项技术将在大约十年后适合实施，”诺阿克说。

流通式氧化还原电池的生产不需要异物。不需要昂贵的催化剂，例如燃料电池中使用的铂或聚合物，例如锂离子电池。实验室系统的高成本，达到每千瓦功率2000欧元，完全是由于它们是独一无二的并且是手工制作的。

与此同时，该研究所的专家正计划建造自己的风电场，在那里进行充电过程，即电解液的处理。有了氧化还原流，这个过程比将水电解成氢气和氧气并将它们用于燃料电池更有效——瞬时电池提供了 75% 的充电电力。

我们可以设想充电站，这些充电站将与电动汽车的常规充电功能一起，充当抵御电力系统峰值负载的缓冲器。例如，今天，尽管风很大，德国北部的许多风力涡轮机仍必须关闭，否则它们将使电网过载。

就安全而言，这里没有危险。 “当您混合两种电解质时，会发生化学短路，放出热量，温度升高到80度，但没有其他反应。当然，仅液体是不安全的，汽油和柴油也是不安全的。尽管有流通式氧化还原电池的潜力，但弗劳恩霍夫研究所的研究人员仍在努力开发锂离子技术...

文字： 亚历山大·布洛赫（Alexander Bloch）

氧化还原液流电池

氧化还原液流电池实际上是传统电池和燃料电池的结合。电流由于两种电解质之间的相互作用而流动 - 一种连接到电池的正极，另一种连接到负极。在这种情况下，一个给出带正电的离子（氧化），另一个接收它们（还原），因此该装置得名。当达到一定程度的饱和时，反应停止，充电包括用新鲜电解质替换电解质。使用相反的过程恢复工人。