美國南加州大學的科研人員最近研發出一種低成本的水系液流有機電池，可用于電網級儲能。這種新電池不含金屬材料，或者其它有毒成分。該論文發表在6月20日的在線《Journal of the Electrochemical Society》上。

該論文作者——南加州大學Dornsife文理學院的化學教授Sri Narayan說道：“這種新電池可經歷高達5000次的充放電循環，使用壽命大概在15年左右。鋰離子電池在經歷1000次的充放電循環后就會退化。”這項實驗是Narayan教授與化學系教授兼Locker碳氫化合物研究所所長G.K.Surya Prakash、楊波、Lena Hoober-Burkhardt和王芳共同合作的成果。Prakash教授說道：“這種有機液流電池將會在簡易性、成本、可靠性和可持續性方面改變電網級儲能。”

Sri Narayan教授研究電化學能量轉換 (圖片來源：USC / Gus Ruelas)

這種有機液流電池可以提高可再生能源發電在全國總發電中的比例。太陽能電池僅在有陽光時發電，風機也只在有風時運轉，這兩種不穩定性使電力公司難以依靠可再生能源發電滿足客戶需求。當電池儲存多余電力，并在有需求時定量流出，就可以解決電力的不穩定性。Narayan教授說：“將來，兆瓦級儲能將是可再生能源發電的一個主要問題。”這種新電池基于氧化還原設計，與燃料電池類似，有兩個電解槽，槽內電活性物質溶于水。電解槽內的溶液被壓入兩個液體之間帶有薄膜的槽內，兩端各連著電極。這種設計的優點是解耦電能。儲存電活性物質的槽的尺寸可以根據實際需要設計，增加電池系統可以存儲的能量容量，或者通過調整中央槽來加快/減慢釋放能量的速度，以此改變系統發電量。

水系有機氧化還原液流電池 (圖片來源：USC)

該科研小組的技術創新主要是電活性物質。以前的電池設計都使用金屬或者有毒化學物質。為此，Narayan教授和Prakash教授想研發一種可以溶于水的有機化合物，對環境無污染，成本低。通過把分子設計和試錯法結合，科研人員找到一種天然醌，一種被氧化的有機化合物。醌普遍存在于植物、菌類、細菌和部分動物體內，參與植物的光合作用和細胞呼吸作用。Narayan教授說道：“這些都是自然界能量轉換的方式。目前，電池需要的醌取自天然的碳氫化合物。將來，很可能會從二氧化碳中提取。”

科研小組已經就有機液流電池的設計申請專利，并計劃擴大試驗規模。該項研究得到美國能源部ARPA-E、南加州大學和Locker碳氫化合物研究所的資金支持。