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哈佛大学科学家发明的新型“长寿”有机液流电池

2018-08-09 09:40:13来源:澎湃新闻浏览:评论:0

  随着太阳能和风能近年来掀起价格革命,储能倒成了大问题。人们需要一种大型、廉价而耐用的电池,在日落之后、风停之后提供电力。近日发表在《焦耳》(Joule)杂志上的一篇论文介绍道,哈佛大学的研究人员利用一种有机“长寿”分子制作出液流电池,储存的能量可以为整座城市供电。该电池既解决了全钒液流电池的成本问题,又突破了有机液流电池的寿命瓶颈。

  所谓的液流电池和手机里的锂电池一样,都由将电解质中存储的能量转换成电能的电极对,以及将电荷从一个电极传送到另一个电极的电解质组成。不过,传统电池将电极对和电解质一起封装,液流电池则将正负电极分开,电解液各自循环。

  这些电解液储存在任意大小的外部容器中,在使用时泵入电极。因此,液流电池的充电容量可以提高到百万瓦特级别。

  全钒液流电池是现在主流的一种液流电池,比锂离子电池更安全,更便宜,更耐用。然而,担任电解质的钒金属颗粒比较昂贵,化学家一直试图用一类名为“醌”的有机化合物作为替代品。

  使用这类有机物制作电解质,成本仅为全钒液流电池的三分之一,但它们在反复充放电后损耗很快,无法达到工业界的要求。这是有机液流电池无法商业化的主要原因。

  哈佛大学科学家发明的新型“长寿”有机液流电池

  因此,哈佛大学材料科学家迈克尔·阿齐兹(Michael Aziz)和他的团队开始着手提高醌的寿命。他们发现,在原有的醌中添加两个羧酸基团,就更易溶于碱性溶液。如此,他们就可以使用酸碱值更低、化学强度更低的溶液,减少电解质损耗。

  使用新型醌的液流电池年损耗率下降到了3%左右,而以前的醌液流电池一天就要损耗这么多。阿齐兹团队给这种新型醌起了个别名叫“玛士撒拉”分子。玛士撒拉分子是圣经旧约里提到的一个长寿的族长,活了969岁。

  阿齐兹团队目前还没有研究过“玛士撒拉”醌的量产成本,如果和传统的醌成本差不多的话,那有机液流电池就达到了商业化的要求。

  “他们设计的这种醌很好,”犹他州立大学化学家刘天骠评价道,他也在研究液流电池。不过,他指出液流电池都要使用两种不同的电解质,阿齐兹团队只解决了其中一种电解质的损耗问题,另外一种电解质的损耗问题仍待攻克。

  如果学界最终能“双管齐下”克服寿命问题,大量有机液流电池将在电网储能和调峰中担当重任,真正让全世界实现可持续能源转型。

 

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