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美国研发出可替代钒的新型廉价有机分子液流电池

美国研发出可替代钒的新型廉价有机分子液流电池

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新华社华盛顿723日电,电池储能能力对风能、太阳能等清洁能源的使用至关重要。美国哈佛大学研究人员新发现一种有机分子,有望用于长效、高质量的液流电池,比目前使用的电池更安全廉价。

液流电池是一种电化学储能装置,在存储大规模清洁能源方面比传统锂电池更安全经济。液流电池由两个液体电解质构成,储存在外部罐中,并根据需要通过管道输送到电池中。在充电和放电期间,它们使电子来回穿过电池中的膜,并且可以通过分别改变罐和膜的尺寸来调整它们的存储容量和功率输出。传统上,这类电池的最佳结果来自溶解在酸中的钒电解质,但这些化学品可能成本高昂且具有腐蚀性。目前常见的是正负极使用钒盐溶液的钒液流电池,但这种电池的成本及维护费用都比较高。

2014年,哈佛团队开始尝试使用10000多种醌类化合物,逐步确定哪些醌类效果最佳。之后,他们用亚铁氰化物代替溴,并将酸转换为碱性混合物,然后选择利用修改过分子结构的有机维生素B2作为特别有用的醌类。最后,他们去年调整了中性水溶液的配方。

23日发表在美国《焦耳》杂志上的研究显示,一种被称为“玛士撒拉醌”的分子可在长达几年时间内数万次充放电。“玛士撒拉”取自《圣经·旧约》中的长寿族长,醌是光合作用和细胞呼吸等自然过程中的关键分子。

哈佛大学材料科学及化学等学科的研究人员合作,对醌在液体电池中的老化过程进行了分析,在此基础上对醌分子进行改良修饰,研制成提高了液流电池寿命的“玛士撒拉醌”分子。

研究显示,在实验室条件下,“玛士撒拉醌”分子的老化率每天不足0.01%,每次充放电引起的老化率不足0.001%,每年的整体老化率预计不到3%,预计可有效充放电数万次。此外,“玛士撒拉醌”分子可溶性强,在较小空间中能储存更多能量。由于“玛士撒拉醌”分子是在弱碱性电解质中发挥作用,可使用更为廉价的密封材料和聚合物膜分离正负极,进一步降低了成本。

论文通讯作者、哈佛大学材料和能源技术教授迈克尔·阿齐兹说,利用这一新发现分子制备的液流电池具有更长效的稳定性,并且已具备商用能力。论文共同第一作者、哈佛大学博士后研究人员大卫·卡比说,这种有机分子有望替代昂贵的钒液流电池。