科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣
電動(dòng)汽車是可持續(xù)交通的未來之星。它們有放在輪子上的大型電池倉，是高油耗、高碳排放內(nèi)燃機(jī)的替代者。
然而，電動(dòng)汽車也并非十全十美，其局限性同樣顯著。譬如有限的續(xù)航里程和對(duì)電池原材料供應(yīng)的嚴(yán)重依賴。大多數(shù)電動(dòng)汽車依賴電網(wǎng)充電，而在許多國家，電網(wǎng)仍嚴(yán)重依賴化石燃料。盡管越來越多的電網(wǎng)正逐步接納可再生能源，電動(dòng)汽車車主也逐步采用太陽能或其他綠色能源充電，但挑戰(zhàn)依舊存在。
在此背景下，另一種技術(shù)——液流電池，或許是人們尋找的解決方案之一。
具有多重優(yōu)勢(shì)
液流電池，又稱氧化還原液流電池，是一種使用兩種流動(dòng)液態(tài)電解質(zhì)來發(fā)電的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。
據(jù)美國趣味工程網(wǎng)站介紹，這種電池設(shè)計(jì)的巧妙之處在于，兩種特殊溶液可在由薄膜分隔的兩個(gè)相鄰空間里流動(dòng)。薄膜促進(jìn)了離子的跨膜交換，同時(shí)在外部電路中催生電流，而溶液則在各自空間內(nèi)循環(huán)。這些溶液被安全地封裝在獨(dú)立的儲(chǔ)罐中，僅在需要時(shí)才被注入電池中使用。
液流電池家族龐大，涵蓋無機(jī)與有機(jī)兩大分支，設(shè)計(jì)上亦有全流式、半流式及無膜式等多種形式。與傳統(tǒng)電池不同，液流電池將能量儲(chǔ)存在電解質(zhì)中，而非電極材料中。
有看法認(rèn)為，繼鉛酸電池之后，液流電池是少數(shù)幾種能儲(chǔ)存可再生清潔能源的電池類型之一，并且可以100%回收而不會(huì)影響環(huán)境。
對(duì)于電動(dòng)汽車而言，液流電池帶來了多重優(yōu)勢(shì)：無毒、不易燃、續(xù)航里程更長，以及相較于鋰離子電池更快的“加油”速度。隨著能量密度的持續(xù)提升，液流電池在固定儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛。
除了在性能和安全性上超越鋰離子電池外，液流電池的擴(kuò)展性也更勝一籌：如果想儲(chǔ)存更多的能量，只需擴(kuò)大溶液儲(chǔ)罐尺寸或提升溶液濃度；如果想提供更多的電力，只需堆疊更多電池或添加新的電池組。
從概念到技術(shù)不斷實(shí)現(xiàn)突破
液流電池的概念已不再是紙上談兵。目前，這類電池已在世界各地大規(guī)模使用。奧地利CellCube公司與美國G&W電力公司攜手，已在北美部署多個(gè)液流電池項(xiàng)目。今年9月，瑞士宣布啟動(dòng)一項(xiàng)500兆瓦的液流電池項(xiàng)目，預(yù)計(jì)將成為全球最大的液流電池設(shè)施。
10月29日，瑞士電池初創(chuàng)公司Unbound Potential宣布開發(fā)一種無膜氧化還原液流電池。它不需要任何關(guān)鍵原材料，離子交換也不依賴于膜，而是通過不混溶電解質(zhì)來控制。這一創(chuàng)新使電池更耐用，所需密封面減少了90%。
亞馬遜公司表示，Unbound Potential所提供的能源存儲(chǔ)方案完美解決了其因全天候運(yùn)營模式下太陽能資源利用受限的難題，并展現(xiàn)出較強(qiáng)的長時(shí)間儲(chǔ)能能力，這對(duì)于滿足其能源密集型的物流運(yùn)營需求至關(guān)重要。
35萬公里測(cè)試驗(yàn)證極高穩(wěn)定性
瑞士nanoFlowcell公司也在積極布局這一新興技術(shù)。2019年，他們搭載液流電池的QUANTiNO電動(dòng)汽車，驗(yàn)證了該技術(shù)的可行性。在接近35萬公里的行駛里程中，該車?yán)塾?jì)駕駛時(shí)間超過10000小時(shí)，液流電池組件展現(xiàn)出極高的穩(wěn)定性，幾乎未出現(xiàn)性能退化跡象。
2022年12月，nanoFlowcell發(fā)布了QUANTiNO新款車型。據(jù)稱該車單次“加油”可續(xù)航2000公里，其液體電池儲(chǔ)存在汽車后備廂的獨(dú)立儲(chǔ)罐中，后經(jīng)優(yōu)化儲(chǔ)罐得以緊湊地融入電動(dòng)汽車車身中。
QUANTiNO使用的“油”是一種名為bi-ION的特殊液體，其“加油”方式與傳統(tǒng)燃油車相似。據(jù)介紹，bi-ION是將特制純凈水與金屬和非金屬鹽混合制成的電解質(zhì)溶液。在這種“鹽水”中，還添加了一種專門設(shè)計(jì)的能量載體的秘密分子。bi-ION的功率密度與現(xiàn)代鋰離子電池相當(dāng)，但其能量密度每千克高達(dá)600瓦時(shí)，是鋰離子電池的5倍。行駛過程中，電解質(zhì)儲(chǔ)罐釋放的是霧化后的水蒸氣。
盡管多家公司正在開發(fā)液流電池，但液流電池能否在電動(dòng)汽車市場(chǎng)中占據(jù)一席之地？能否真正吸引消費(fèi)者目光？答案尚待揭曉。
