对称液流电池技术或能为电网规模的存储找到适切的平衡点

2022年03月17日 10:51 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

尽管目前的电池技术非常有用、令人印象深刻,但为电网规模使用而储存可再生能源的版本可能看起来跟今天的手机和电动汽车内的电池有着很大的不同。一种有发展前景的技术则是液流或氧化还原液流电池,它将能量储存在罐内的液体中,并且随着能源需求的增加还可以扩大规模以满足能源需求。

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据了解,一种全新的对称设计使我们离释放它们的潜力更近了一步,并在此过程中还能依靠更环保的材料。

由于可再生能源提供的能源在本质上是间歇性的,所以将其用于电网规模的应用将需要大规模的存储解决方案。液流电池则是一个有吸引力的提议,因为这个问题可以通过将液体电解质储存在储罐中数月来解决,当液体通过两个储罐之间的特殊薄膜时化学能被转化为电能。

传统的设计使用一种叫做钒的稀缺而昂贵的金属作为电解质溶液的基础,这使人们对其作为长期解决方案的可行性产生了疑问。在这一领域工作的科学家们正在越来越多地展示更绿色和更便宜的替代品的潜力--从虾壳、盐水和蜡烛等一切事物中找到灵感。

现在,来自荷兰格罗宁根大学的科学家们构思了一种不同的液流电池,它不仅使用有机分子来代替钒而且还采取了对称的形式。流动电池中的两个槽通常盛放着不同成分的液体,但科学家们通过使用混合分子来实现对称设计的进展,这些混合分子能同时为两种液体服务--尽管这些很快就会损害其性能。

格罗宁根大学的分子无机化学副教授Edwin Otten指出:“这种方法的缺点是只有分子的一部分在两边被使用。并且在使用过程中,会出现随着时间推移而降解的活性自由基。这使得稳定性成为一个问题。”

Edwin Otten(左)和研究论文第一作者Jelte Steen(右)

Otten和他的团队一直在寻找一种能够解决这种稳定性问题的分子,并且与此同时还能接受和捐赠电子进而有效地完成两个分子的工作并抵消对混合方法的需求。他们相信他们已经在所谓的布拉特自由基中找到了答案,这是一种具有内在稳定性的双极有机化合物。这种化合物在一个小型的电化学电池中被使用,在那里科学家们通过275个充放电周期证明了它的可行性。

Otten表示:“我们需要把它提高到数千个循环;然而我们的实验是一个概念的证明。制作一个具有良好稳定性的对称性流动电池是可能的。”

研究人员指出,布拉特自由基分子的制造相对简单,所以扩大生产规模供工业使用是可能的,不过他们首先需要制造一种水溶性版本的自由基用于流动电池槽,然后需要进行更大规模的测试。

“关键的测试是看我们的化合物是否将足够稳定,进而用于商业应用,”Otten说道。

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