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哈佛科學家在有機液流電池中添加“長壽”分子

鉅大LARGE  |  點擊量:466次  |  2019年03月03日  

隨著太陽能和風能近年來掀起價格革命,儲能倒成了大問題。人們需要一種大型、廉價而耐用的電池,在日落之后、風停之后提供電力。近日發表在《焦耳》(Joule)雜志上的一篇論文介紹道,哈佛大學的研究人員利用一種有機“長壽”分子制作出液流電池,儲存的能量可以為整座城市供電。該電池既解決了全釩液流電池的成本問題,又突破了有機液流電池的壽命瓶頸。

所謂的液流電池和手機里的鋰電池一樣,都由將電解質中存儲的能量轉換成電能的電極對,以及將電荷從一個電極傳送到另一個電極的電解質組成。不過,傳統電池將電極對和電解質一起封裝,液流電池則將正負電極分開,電解液各自循環。

這些電解液儲存在任意大小的外部容器中,在使用時泵入電極。因此,液流電池的充電容量可以提高到百萬瓦特級別。

全釩液流電池是現在主流的一種液流電池,比鋰離子電池更安全,更便宜,更耐用。然而,擔任電解質的釩金屬顆粒比較昂貴,化學家一直試圖用一類名為“醌”的有機化合物作為替代品。

使用這類有機物制作電解質,成本僅為全釩液流電池的三分之一,但它們在反復充放電后損耗很快,無法達到工業界的要求。這是有機液流電池無法商業化的主要原因。

因此,哈佛大學材料科學家邁克爾·阿齊茲(MichaelAziz)和他的團隊開始著手提高醌的壽命。他們發現,在原有的醌中添加兩個羧酸基團,就更易溶于堿性溶液。如此,他們就可以使用酸堿值更低、化學強度更低的溶液,減少電解質損耗。

使用新型醌的液流電池年損耗率下降到了3%左右,而以前的醌液流電池一天就要損耗這么多。阿齊茲團隊給這種新型醌起了個別名叫“瑪士撒拉”分子。瑪士撒拉分子是圣經舊約里提到的一個長壽的族長,活了969歲。

阿齊茲團隊目前還沒有研究過“瑪士撒拉”醌的量產成本,如果和傳統的醌成本差不多的話,那有機液流電池就達到了商業化的要求。

“他們設計的這種醌很好,”猶他州立大學化學家劉天驃評價道,他也在研究液流電池。不過,他指出液流電池都要使用兩種不同的電解質,阿齊茲團隊只解決了其中一種電解質的損耗問題,另外一種電解質的損耗問題仍待攻克。

如果學界最終能“雙管齊下”克服壽命問題,大量有機液流電池將在電網儲能和調峰中擔當重任,真正讓全世界實現可持續能源轉型。

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