新設計多孔電極提升液流電池性能

　　加拿大滑鐵盧大學科學家從自然結構中汲取靈感，重新設計了氧化還原液流電池的關鍵部件——多孔電極。新電極能使電解液在電池內部更順暢高效地移動，從而促進儲能與釋能反應更充分進行。這一設計有望讓液流電池更便捷、更安全地儲存風能和太陽能發電產生的大量電能。相關論文發表于最新一期《儲能雜志》。

　　風能和太陽能等可再生能源具有間歇性，常常“靠天吃飯”，未必總能在電網需要時發電。因此，需要把多余電能先儲存起來，待需要時再送回電網，液流電池有望在其中發揮關鍵作用。

　　液流電池的工作原理不同于手機、電動汽車和許多儲能系統中常見的鋰離子電池。它采用更安全的水基電解質，而非鋰離子電池常用的易燃材料。而且，液流電池并不把能量儲存在固體材料中，而是儲存在外部儲罐的液體電解質里。只要增大儲罐體積，就能擴展儲能容量，因此特別適合大規模可再生能源存儲和電網應用。

　　此次的關鍵創新在于采用了三周期極小曲面（TPMS）幾何結構。這是一種由周期性重復單元構成的三維曲面，類似結構可見于蛋白質外殼、細胞骨架等自然形態。憑借獨特的力學與傳輸性能，TPMS結構已在材料科學、生物醫學工程和能源存儲等領域得到廣泛應用。

　　經過測試多種TPMS設計，團隊發現一種名為“鉆石”的幾何結構效果最佳，能使電池性能提高52%。隨后，他們使用數字光處理3D打印機打印出多孔結構，并進行熱處理，使其轉化為能導電的碳電極。

　　團隊在液流電池中成功測試了該電極，證明3D打印設計能在電池中實際發揮作用。新電極能精準控制電極結構與流體流動，因此有助提升電池性能。這一概念驗證有望為設計更高效的大規模儲能液流電池鋪平道路。