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木虫 (职业作家)

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[交流] 储存太阳能和风能的清洁方法已有1人参与

随着太阳能和风能发电的崛起，人们也开始寻找能够储存这些电能的物美价廉的电池，以便天黑、风停时使用。去年有研究者宣布他们研发出了一个潜在的便宜高效的方案，但是当时这款电池含有剧毒腐蚀性的材料。现在，这些研究人员使用了无毒的材料改造了这款电池，使未来人们能够大规模、成本低地生产这款电池。
这款新型电池叫做“流动电池（flow battery）”，比通常人们用的锂电池或是铅酸电池大多了。但与这样传统化学电池不同，在“流动电池”内，储能物质不是聚集在一起的，电解液与电极是分开的。这样通过增加储存在外部容器中的电解液，人们就可以增加电池的储能量。工程师们就可以在发电峰期用这电池储存过多的电能，以便在太阳能、风能发电结束后使用。
在“流动电池”的中心，有一堆像三明治一样叠起的电极。这就是“电堆”，电极之间由离子交换膜分开。在充电或放电过程中，电解液流过电堆。在大多电池中，当电池放电时，充满了正电荷的电极吸收电解液分子中的电子，通过外部线路把电子输送到另一极需要电子的电解液中。在失去电子的电解液中，阳离子穿过离子交换膜到达输入电子的电解液，达到电荷平衡。当电池放电时，电子、离子和电解液的流向与充电时相反。
去年，由哈佛材料学家Michael Aziz领导的团队制造了一种储能量很大的流动电池。他们使用了醌类的有机物质作为其中一种电解液。另一种电解液含有溴，一种能够轻易腐蚀做电解液容器的钢铁和其他材料的剧毒物质。这迫使来自哈佛的科学家们只能使用昂贵的、耐腐蚀的材料来盛放它。这种电池造价太高了，所以不适合用于大多电器。
为了不使用这么多的腐蚀性物质，Aziz和他的团队试着使用其他化学反应来储能。大多电池使用的电解液不是酸性就是碱性。这些电解液可以高效地将电荷从一个电极带到另一个电极——电池充电、放电反应的核心原理。Aziz团队研发的前一代电池中，醌类物质和溴都是溶解在酸性溶液中的。
哈佛的科研人员发现可能替换溴的物质是亚铁氰酸盐类，它也能且善于携带电荷。尽管它的名字听起来很可怕，但是实际上亚铁氰酸盐类是用于食品添加剂的。不仅无毒，它易溶解在碱性溶液中的。Aziz也对醌类物质作出了改进——他们用一组氢、氧原子来取代醌类物质上的硫基，使它也易溶于碱性溶液。
“这个方法奏效了。使用无毒、便宜、随处可得的材料制造的电池能够有效地储存能量。”——科学家们在《科学》杂志上宣布。
尽管现在这个碱醌电池每单位体积储存的能量只有酸性电解液电池的三分之二，但它不需要使用昂贵的抗腐蚀材料，所以相比较之下，碱醌电池制造成本更低，使用起来也更加方便、安全。“这是一个我愿意安装在我家地下室的电池。”Aziz说。碱醌电池的优点还不止这些。只要一个热水瓶大小的电池，它就能储存人们用传统的屋顶太阳能发电板组产生的能量。
“这款电池应用的化学原理简直棒极了！”哈佛的能量学专家David Keith说。但他也认为现在大部分住户和小型企业是与电网链接的，所以他们在太阳能或是风能发电停止时，或许还不需要使用这种电池。
Aziz同意David Keith的观点，但是他也说，现在使用这款电池对于人们来说已经有经济效应了。比如很多企业的电费不止是按他们的用电量计算的，还要与他们是否会在短时间内快速消耗电能有关。因为一次性使用大量电能的企业需要特殊的电线供电，所以他们要交更多的电费。若安装了新型电池，这些企业会减少对来自电网的电的需求，从而降低电费。Aziz预言，这样的现象只会越来越多。因此，这种新型的便宜、无毒电池可能是未来的重要能源之一。

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