談到可再生能源，最大的問題可能是：我們?nèi)绾蝺Υ嫠械哪茉垂┤蘸笫褂?？因為這種能量在自然界是間歇性的，所以在有剩余的時候儲存是保證雨天（字面意思是雨天）、夜間或不刮風(fēng)時可以保持持續(xù)供應(yīng)的關(guān)鍵。

使用現(xiàn)在的鋰離子電池進(jìn)行長期的電網(wǎng)存儲是不可行的，原因有很多。例如，它們有固定的充電容量，并且在很長一段時間內(nèi)不能很好地保持電量，其造價和維護(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家實驗室（Pacific Northwest National Laboratory）負(fù)責(zé)固定能源儲存研究的首席科學(xué)家Wei Wang說：“氫是這類工作非常好的載體。它是一種高效的能源載體，可以很容易地儲存在加壓罐中。當(dāng)需要的時候，這些氣體可以通過燃料電池轉(zhuǎn)換回電能，然后送入電網(wǎng)。

但是水電解槽很貴。它們在酸性條件下工作，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氫的公司Nel Hydrogen的研發(fā)副總裁Kathy Ayers說：“不僅如此，氧電極的效率也不高。她說：“你失去了大約0.3伏特，僅僅是因為你試圖將水轉(zhuǎn)化為氧氣，或者反之亦然。分裂水分子需要1.23伏的能量?！?/p>

為了克服這一問題，在獲得美國能源部高級研究項目機(jī)構(gòu)Energy的資助后，Nel Hydrogen和Wang在太平洋西北的團(tuán)隊于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，因為它是氧化還原流電池和水電解槽的混合體，”Wang解釋說。

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，通常由儲存在兩個獨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罐之間的電池組時，就會發(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，電池組中涂有鉑的碳陰極會產(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反應(yīng)，”Wang說。這樣做可以控制何時何地反向反應(yīng)，產(chǎn)生電能供應(yīng)電網(wǎng)。他說，“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?！?/p>

這也有助于鐵比釩更便宜和更豐富。

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

新的氧化還原流動電池在實驗室測試中表現(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，Wang說，他擁有多項發(fā)明專利，還有幾項正在申請中。

當(dāng)PNNL團(tuán)隊在一個10平方厘米的單電池上進(jìn)行實驗時，Nel Hydrogen公司的Ayers和她的同事們證明，即使將這項技術(shù)擴(kuò)展到一個100平方厘米的5個電池組，它也可以工作。他們計劃在接下來的幾個月里對系統(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泵造成的損害降到最低。