盖世汽车讯 据外媒报道，滑铁卢大学（University of Waterloo）研究人员开发出一种3D打印电极，有望使风能和太阳能发电厂产生的大量可再生能源的存储更加便捷安全。

图片来源：滑铁卢大学

由滑铁卢大学教授Maxime van der Heijden博士领导的研究团队从自然界的结构中汲取灵感，重新设计了氧化还原液流电池（RFB）的关键部件。液流电池是一种能够储存电能以供后续使用的技术。新的设计有助于电池液更高效地流动，从而使储存和释放能量的化学反应更加有效。

这项题为“利用3D打印三重周期最小表面电极结构增强氧化还原液流电池中的传质”的研究发表在期刊《储能杂志》（Journal of Energy Storage）上。

氧化还原液流电池的工作原理与手机、电动汽车和许多储能系统中常见的锂离子电池不同。这些电池使用水基电解液，而不是锂离子电池中使用的易燃材料，因此它们可能是一种更安全的大规模储能替代方案。

更安全的电网储能

氧化还原液流电池是锂离子电池的补充技术，适用于大规模储能应用。其水基电解液使其成为更安全的储能选择，能够满足大规模可再生能源的存储需求，例如为社区和电网持续供应可再生能源。

图片来源：滑铁卢大学

“与将能量存储在固体材料中不同，液流电池将能量存储在外部储罐中的液态电解液中，”滑铁卢大学化学工程教授van der Heijden表示。“只需使用更大的储罐即可增加储能容量，使其非常适合大规模可再生能源存储和电网应用。”

随着越来越多的电力来自可再生能源，这种灵活性将变得越来越重要。风能和太阳能具有间歇性，因为它们并非总能在需要时发电，因此需要能够存储多余能量并在之后将其输送回电网的技术。

更精准地打印电极

研究人员利用3D打印技术制造出多孔液流电池电极，从而能够精确控制其结构和流体流动。

“借助3D打印技术，我们可以设计出传统制造工艺难以实现的电极内部结构，”van der Heijden说道，“这使我们能够更好地控制液体在电池中的流动方式，以及它如何到达发生储能反应的表面。”

一种提升性能的几何结构

一项关键创新是采用了三重周期极小曲面（TPMS）几何结构，这是一种复杂的重复三维形状，可以模拟自然界中的结构。

图片来源：滑铁卢大学

研究人员测试了几种TPMS设计，发现其中一种被称为“菱形”几何结构的效果最佳，性能提升了52%。随后，他们使用数字光处理3D打印机制造了这种多孔结构，并对其进行热处理，形成能够导电的碳电极。

该团队成功地在实验室流动池实验和实际运行的钒液流电池中测试了电极，证明了3D打印设计的电极能够在实际电池中发挥作用。这一概念验证有望为设计更高效的大规模储能液流电池铺平道路。

未来的研究将着重于增加电极的表面积、改进制造工艺以及探索先进的设计工具，以创造更高效的电极结构。