新分子化合物可能促进可持续的大规模储能

  • 2021-11-16 18:04:40
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为了制造经济的氧化还原液流电池,华南理工大学的科学家们开发了一种分子化合物,作为一种具有成本效益的电解质,促进了每次循环保持 99.98% 容量的稳定液流电池。

研究人员在 8 月 14日的《能源材料进展》上报告了他们的方法。

该电池包含两个相反的液体电解质罐,沿着挤压在电极之间的膜分离器泵送正极和负极液体,使离子交换产生能量。

据通讯作者、华南理工大学化学化工学院、广东省燃料电池技术重点实验室教授梁振兴介绍,在负极电解液的形成方面已经开展了重要的工作,但缺乏足够的重视。给予正极电解液。

水系氧化还原液流电池可以利用不稳定的太阳能和风能实现稳定的电力输出,被认为是一种很有前景的大规模储能技术。

梁振兴,研究通讯作者,华南理工大学化学化工学院燃料电池技术重点实验室教授

“元素丰度、低成本和对正极和负极电解质电化学特性的灵活分子控制的电活性有机优点被认为是开发下一代氧化还原液流电池的关键,”梁补充道。

梁和他的团队专注于 TEMPO,这是一种具有轻松逆转氧化态和高能量潜力的化合物,是正极电解质中的首选品质。

“然而,由于分子骨架的高疏水性,TEMPO 不能直接应用于水性氧化还原液流电池,”梁说,澄清 TEMPO 保持不变,不会溶解在液流电池中进行能量交换所需的液体中.“我们开发了一种策略,用紫精(一种具有高度可逆氧化还原反应的有机化合物)对 TEMPO 进行功能化,以提高 TEMPO 的亲水性。”

梁说,紫罗碱极易溶于水,这提高了 TEMPO 溶于水的能力。Viologen 还通过化学方式从原子伙伴中去除电子,这提高了其改变氧化状态的潜力。Viologen 也是一种盐,它赋予 TEMPO 梁所描述的水溶液中“良好的导电性”。

当在液流电池中验证所创造的紫精改变 TEMPO 时,该团队发现该电池每个循环可以保持 99.98% 的容量,这意味着电池在不主动使用时几乎可以包含其所有存储的能量。

该工作通过紫精功能化克服了TEMPO的缺点,实现了其在水性氧化还原液流电池中的应用。分子设计理念为新型有机电活性材料提供了策略,为水性有机液流电池的应用奠定了基础。

梁振兴,研究通讯作者,华南理工大学化学化工学院燃料电池技术重点实验室教授

其他贡献者为胡书志、王立文、袁贤志、向鹏、黄阁明、罗鹏、刘玉峰、付志勇,均来自华南化学与化工学院广东省燃料电池技术重点实验室科技大学。

胡还与中山大学材料科学与工程学院有联系。

该研究得到了国家自然科学基金(21975081和21905114)的支持。

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