新型膜推进了低成本 电网规模的能量存储

橡树岭国家实验室的科学家已经开发出一种关键部件，用于采用常见材料的新型低成本固定电池系统，专为电网规模的电力存储而设计。

大型，经济的电力存储系统可以通过多种方式使国家电网受益：在高峰和非高峰需求时间之间平衡负载; 停电期间供电; 从风能和太阳能等波动源存储电力; 并适应电动汽车的极快速充电。

虽然使用锂离子电池的固定式系统正在增加，但电网主要依靠水力发电设施进行储能。然而，锂价格昂贵，主要来自美国以外的国家。

一些公用事业公司一直在测试氧化还原液流电池(RFB)系统，它是传统电池和燃料电池之间的交叉。RFB非常适合网格应用，因为它们耐用，寿命长，易于扩展，并且响应时间快。然而，目前正在测试的大多数RFB依赖于水基(水)系统，这减少了可以存储的电量 - 也称为能量密度。

非水流动电池使用普通的低成本材料代替水，并且可以以较小的体积存储更大的功率，这是电池科学家的首要任务。其中一个绊脚石是开发一种合适的膜来分离电池中的正电解质和负电解质，同时允许离子的转移。

ORNL科学家现已开发出一种用于钠基非水性RFB的膜，其能够使水基RFB中常见的能量密度增加一倍或三倍。这项工作由能源部电力办公室及其储能计划资助，并由ORNL的实验室指导资金资助。

该膜由普通的低成本聚合物聚环氧乙烷(PEO)制成。通过添加增塑剂：四甘醇二甲醚，其导电性提高了100倍。然而，该共混物也降低了膜的机械强度。为了抵消这种影响，科学家将PEO与羧甲基纤维素混合 - 羧甲基纤维素是另一种常用的安全材料，通常用作食品工业中的增稠剂。所有三种物质的组合产生非常耐用的膜，预期其在高能电池中良好地起作用。

“非水氧化还原系统在高电压下工作，能够实现更高的能量密度。但关键是要获得高能量密度而不会造成任何成本损失，”该项目在ORNL材料科学与技术部门的首席研究员Jagjit Nanda说。

能源和运输科学部门的合作者Rose Ruther说：“这真的是关于系统的化学性质，并了解它们如何联系在一起，以及为什么我们的膜电导率得到了很大的提升。”

该研究在最近发表在ACS Energy Letters上的期刊论文“用于非水氧化还原液流电池的低成本，机械强度高，钠离子导电膜”中有详细介绍。

“ 为电网找到能量存储解决方案是一个巨大的推动力。大型储能系统可能是一个非常昂贵的主张，”Ruther说。“成本随尺寸而变化，因此，如果我们能够增加能量密度，那么可以节省大量成本。”

Nanda表示，“圣杯系统不会使用稀缺，昂贵的资源，并且以比现有电池技术更低的成本具有更高的商业化潜力”。“系统中最薄弱的环节是隔膜，我们已经通过这种新的低成本原型在解决这个问题方面取得了进展。”

该项目的下一步是进一步开发膜，使其更具选择性，以防止抗衡离子的交叉，并提高其机械灵活性和坚固性。