據techxplore網站2018年7月13日消息,
美國哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院的研究人員設計并制造了一種新的儲能有機分子,
與以前用過的有機分子相比,
其壽命長、性能好,
有望用于長效、高質量的液流電池上,
比目前常見的正負極使用釩鹽溶液的釩液流電池電池更安全廉價,
其被命名為“甲基呋喃醌”(the Methuselah quinone),
它可以在多年的時間里實現數萬次的充放電。
“甲基呋喃醌”取自《圣經·舊約》中的長壽族長,
醌是光合作用和細胞呼吸等自然過程中的關鍵分子。
這項研究成果被發表在美國的《焦耳》雜志上。
太陽能和風能為的人類未來文明可以提供所有必需的能源。
但是,
當沒有太陽照射并且風不吹時,
需要將能源存儲起來。
電池儲能能力對風能、太陽能等清潔能源的使用至關重要,
有機液流電池作為一種電化學儲能裝置,
是鋰離子電池和用于大規模可再生能源存儲的釩液流電池的潛在更安全、更經濟的替代品。
這項研究由哈佛大學的化學和材料科學教授托馬斯·達德利·卡伯特、羅伊·戈登以及材料與能源技術教授邁克爾·阿齊茲、吉恩和特雷西·賽克斯共同領導。
“我們設計并制造了一種新的有機化合物,
可以儲存電能,
并且在分解之前具有很長的使用壽命,
”戈登教授說。
“我們發現了在常見液流電池中使用的有機分子出現的降解過程。
然后我們創造了新的、更穩定的分子來避免這些問題。
”“在之前的工作中,
我們已經展示了一種具有長壽命但低電壓的化學物質,
這種化學物質導致每分子的能量儲存能力較低,
因此定量的能量存儲成本高,
” 阿齊茲教授說。
“現在,
我們擁有了第一個具有長期穩定性并且輸入電壓超過1伏特的有機分子,
這通常被認為是商業應用的門檻。
我相信它是第一款符合所有技術標準的有機液流電池。
”
“甲基呋喃醌”分子是一種改良的、豐富的、天然存在的分子,
與光合作用和細胞呼吸等生物過程不可分割。
與理論化學教授Alan Aspuru-Guzik合作,
哈佛大學材料科學及化學等學科的研究人員對醌在液體電池中的老化過程進行了分析,
在此基礎上對醌分子進行改良修飾,
成功研制出提高液流電池壽命的“甲基呋喃醌”分子。
在他們的實驗室進行的實驗中,
“甲基呋喃醌”分子的衰減率每天低于0.01%,
每次充電/放電循環低于0.001%,
在一年的時間里,
在成千上萬次的充放電循環操作下的降解率不到3%。
此外,
“甲基呋喃醌”分子可溶性強,
在較小空間中能儲存更多能量。
由于該分子是在弱堿性電解質中發揮作用,
可使用更為廉價的密封材料和聚合物膜分離正負極,
進一步降低了成本。
哈佛大學材料科學及化學等學科的研究人員對醌在液體電池中的老化過程進行了分析后成功研制出成功研制出提高液流電池壽命的“甲基呋喃醌”分子
利用這一新發現分子制作的液流電池具有更長效的穩定性,
并且已具備商用能力,
而且這種有機分子有望替代昂貴的釩液流電池。
這項研究得到了美國能源部電力能源存儲項目辦公室、高級能源研究計劃署、丹麥創新基金、馬薩諸塞州清潔能源技術中心和哈佛工程與應用科學學院的支持。
能源部電力存儲項目辦公室主任Imre Gyuk說:“這項重要的工作是向低成本、長周期電池方向發展的重大進步。
”“這類設備是必要的,
可以讓電網吸收越來越多的綠色但可變的可再生發電。
”在哈佛大學技術發展辦公室(OTD)的幫助下,
研究人員正在尋找商業伙伴,
以擴大工業應用技術的規模。
哈佛大學OTD已經提交了一份關于創新型液流電池技術專利申請。