橡樹嶺國家實驗室的科學家已經開發出一種關鍵部件，用于采用常見材料的新型低成本固定電池系統，專為電網規模的電力存儲而設計。

大型，經濟的電力存儲系統可以通過多種方式使國家電網受益：在高峰和非高峰需求時間之間平衡負載; 停電期間供電; 從風能和太陽能等波動源存儲電力; 并適應電動汽車的極快速充電。

雖然使用鋰離子電池的固定式系統正在增加，但電網主要依靠水力發電設施進行儲能。然而，鋰價格昂貴，主要來自美國以外的國家。

一些公用事業公司一直在測試氧化還原液流電池(RFB)系統，它是傳統電池和燃料電池之間的交叉。RFB非常適合網格應用，因為它們耐用，壽命長，易于擴展，并且響應時間快。然而，目前正在測試的大多數RFB依賴于水基(水)系統，這減少了可以存儲的電量 - 也稱為能量密度。

非水流動電池使用普通的低成本材料代替水，并且可以以較小的體積存儲更大的功率，這是電池科學家的首要任務。其中一個絆腳石是開發一種合適的膜來分離電池中的正電解質和負電解質，同時允許離子的轉移。

ORNL科學家現已開發出一種用于鈉基非水性RFB的膜，其能夠使水基RFB中常見的能量密度增加一倍或三倍。這項工作由能源部電力辦公室及其儲能計劃資助，并由ORNL的實驗室指導資金資助。

該膜由普通的低成本聚合物聚環氧乙烷(PEO)制成。通過添加增塑劑：四甘醇二甲醚，其導電性提高了100倍。然而，該共混物也降低了膜的機械強度。為了抵消這種影響，科學家將PEO與羧甲基纖維素混合 - 羧甲基纖維素是另一種常用的安全材料，通常用作食品工業中的增稠劑。所有三種物質的組合產生非常耐用的膜，預期其在高能電池中良好地起作用。

“非水氧化還原系統在高電壓下工作，能夠實現更高的能量密度。但關鍵是要獲得高能量密度而不會造成任何成本損失，”該項目在ORNL材料科學與技術部門的首席研究員Jagjit Nanda說。

能源和運輸科學部門的合作者Rose Ruther說：“這真的是關于系統的化學性質，并了解它們如何聯系在一起，以及為什么我們的膜電導率得到了很大的提升。”

該研究在最近發表在ACS Energy Letters上的期刊論文“用于非水氧化還原液流電池的低成本，機械強度高，鈉離子導電膜”中有詳細介紹。

“ 為電網找到能量存儲解決方案是一個巨大的推動力。大型儲能系統可能是一個非常昂貴的主張，”Ruther說。“成本隨尺寸而變化，因此，如果我們能夠增加能量密度，那么可以節省大量成本。”

Nanda表示，“圣杯系統不會使用稀缺，昂貴的資源，并且以比現有電池技術更低的成本具有更高的商業化潛力”。“系統中最薄弱的環節是隔膜，我們已經通過這種新的低成本原型在解決這個問題方面取得了進展。”

該項目的下一步是進一步開發膜，使其更具選擇性，以防止抗衡離子的交叉，并提高其機械靈活性和堅固性。