Rose Ruther和Jagjit Nanda一直致力于研发用于低成本氧化还原液流电池的薄膜，以对电网规模的能量进行存储。

来自橡树岭国家实验室的科学家们已研发出一种新型低成本固定式电池系统的关键部件。该系统可利用常规材料设计用于电网规模的电能存储。

大型、经济型的电力存储系统可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；在停电期间供电；储存来自风能和太阳能等波动性能源的电力；另外，还可以适应电动汽车的极快速充电。

尽管使用锂离子电池的固定式系统正在增加，但电网主要依靠水电设施来储存能量。另外锂资源十分昂贵，且大多产自美国以外的国家。

一些公用事业公司一直在测试氧化还原液流电池（RFB）系统。这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，这减少了电池系统所能存储的电量—也称为能量密度。

一种非水液流电池使用普通的、低成本的材料来代替水，并能以更小的体积储存更高的能量。这一直是电池科学家的首要任务。其中关键之一就是研发出一种合适的薄膜来分离电池中的正负电解质，同时允许离子的转移。

橡树岭国家实验室的科学家们现在已经为一种基于钠的非水RFB系统开发出了一种薄膜。这种薄膜可将水基RFB系统的能量密度增加1倍或3倍。这项工作由美国能源部电力办公室及其储能计划和橡树岭国家实验室提供资金资助。

一种钠离子导电膜，用于非水氧化还原液流电池。图片来源：橡树岭国家实验室/Carlos Jones

该薄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。 为抵消这种影响，科学家们将PEO与羧甲基纤维素混合—羧甲基纤维素是另一种常见的安全材料，通常用于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薄膜，预期其在高能电池中会有出色的表现。

来自橡树岭国家实验室材料科学与技术部门的首席研究员Jagjit Nanda说道，“非水氧化还原液流系统在高压下工作，能够实现更高的能量密度。但关键是：我们不仅要获得高能量密度电池，而且还不能造成任何成本损失。”

能源和运输科学部的合作者之一Rose Ruther说道：“这真的是与该系统的化学性质有关，而且我们还需要了解它们之间如何相互联系相互影响。另外，我们也需要弄清楚为什么我们的薄膜电导率得到了很大的提高。”

该研究在最近发表于杂志《ACS Energy Letters》的期刊论文“用于非水氧化还原液流电池的低成本、高机械强度、钠离子传导薄膜”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提议，”Ruther说道。“成本随尺寸而发生变化。因此，如果我们能够增加电池存储能量密度，那么可以显著降低成本。”

Nanda表示，“圣杯系统不会使用稀缺且昂贵的资源，并且凭借比现有电池技术更低的成本，其商业化潜力更高。目前系统中最薄弱的环节是薄膜，但是我们已通过这种新型低成本原型在解决这个问题方面取得了一定的进展。”

该项目的下一步是进一步研发薄膜，使其更有选择性地防止反离子之间的交换，并提高其机械柔性和耐用性。