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    ‘僵尸分子’延長了可再生能源儲存的水系液流電池壽命

    放大字體  縮小字體 發布日期:2022-08-25
     

    有機水系液流電池分子的分解與重組循環。在正常充放電過程中,所謂的“僵尸分子”在DHAQ2-(左)和DHAQ4-(中下部)之間震蕩。當分子分解時,轉換成DHA2-(右)。電壓脈沖重置將分子(右)分解回到原始狀態(左)。

    一種逆轉關鍵分子分解的新方法可能使有機水系液流電池在商業上可行。

    雖然可再生能源的使用越來越廣泛,但研究人員仍在繼續尋找儲存這種能源的最佳方式,以便在太陽能或風能等能源不可用的情況下也能使用。

    有機水系液流電池已經成為一個很有前途的解決方案,然而該技術中某些材料的不穩定性阻礙了其商業可行性。

    現在,哈佛大學(Harvard University)與劍橋大學(University of Cambridge)的研究人員合作,找到了一種新方法,解決一些與延長有機水系液流電池壽命的相關問題,哈佛大學工程和應用科學學院(John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences)材料與能源技術教授Michael Aziz表示,“這是使這些電池具有競爭力的一大步。”

    Aziz與哈佛大學化學與材料系教授Roy Gordon十余年來一直致力于研發使用蒽醌類分子的有機水系液流電池。這些分子可以儲存與釋放能源,由天然且豐富的元素組成,如碳、氫、氧。

    雖然由這些有機分子制成的電池具有功能性,但蒽醌類分子本身會隨著時間慢慢分解,這一過程與電池被使用了多少次無關。這種分解限制了由這些分子制成的電池的壽命,延長其壽命成為團隊的首要任務。

       建立在先前成功的基礎上

    研究人員已經在先前的工作中已經取得了一些成功,延長了設備中發現的分子壽命,該分子被稱為DHAQ,但在實驗室被稱為“僵尸醌”。

    他們發現,通過在充放電循環的正確時間將分子暴露在空氣中,可提取氧氣并逆轉分解過程,將蒽醌分子恢復到其原始狀態。根據研究人員的說法,似乎死而復生的過程是這種分子綽號的靈感來源。

    雖然這項工作為哈佛團隊的最終目標帶來了希望,但他們意識到將電池電解液暴露在空氣中是不現實的,這就意味著電池的兩端不能在同一時間充滿電,會造成不平衡的現象。

    為了找到更實際的方法,AzizGordon與劍橋大學的科學家合作,以更好地了解分子是如何分解的。通過此次合作誕生了當前工作的產物,是一種逆轉分解過程的電學方法。

    休克療法

    他們表示,研究人員發現當前工作的關鍵是在電池放電循環過程中引用“休克療法”。

    他們發現,如果他們進行所謂的“深度放電”,或將電池正負極放電到電壓差為零的程度,然后再翻轉電池的極性,使正極變為負極,負極變成正極,他們可以產生電壓脈沖,將分解的分子重置回原始狀態。

    參與該項目的哈佛大學博士后Yan Jing在新聞聲明中表示:“通常,在運行其他類型的電池時,是想要避免將電池全部耗盡的,因為這會使電池元件性能降低。然而我們發現這種極端放電,實際上可以逆轉極性,可以重組這些分子,這對我們來說是一個驚喜。”

    他解釋說,該過程與心臟起搏器的工作原理相似,定期性地為系統提供有益的沖擊,在這種情況下,會使分解的分子復活。

    研究人員將相關論文發表在《Nature Chemistry》雜志上。在論文中,他們驗證該過程可以產生一種有機水系液流電池,其凈壽命是先前研究的17倍。

    前方的道路

    此外,研究人員表示,進一步細化該過程的后續研究表明,使用壽命的增加甚至更大,可達260倍之多,每年的損失率不到10%。根據Aziz的說法,后一項數據對該設備的商業化尤其有希望。

    Aziz表示:“達到每年個位數的損失百分比,確實有利于廣泛的商業化,因為每年以幾個百分點的速度給儲液罐加滿并不是一個主要的經濟負擔。”

    哈佛大學技術開發辦公室已為該項目的關鍵技術申請了專利,并將這項專利以及其他相關專利許可給Quino Energy公司,該公司是致力于有機水系液流電池商業開發的初創公司,Aziz、 Gordon與他們的團隊也在公司工作。

    中國化學與物理電源行業協會 楊柳翻譯

    2022.8.19

     
    關于我們:中國化學與物理電源行業協會(China Industrial Association of Power Sources,縮寫:CIAPS) 是由電池行業企(事)業單位自愿組成的全國性、行業性、非營利性的社會組織。協會成立于1989年12月,現有530多家會員單位,下設堿性蓄電池與新型化學電源分會、酸性蓄電池分會、鋰電池分會、太陽能光伏分會、干電池工作委員會、電源配件分會、移動電源分會、儲能應用分會、動力電池應用分會和電池隔膜分會等十個分支機構。
    本會專業范圍包括:鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、氫鎳蓄電池、鋅錳堿錳電池、鋰一次電池、鋰離子電池、太陽電池、燃料電池、鋅銀電池、熱電池、超級電容器、溫差發電器及其他各種新型電池、電池系統解決方案,以及各類電池用原材料、零配件、生產設備、測試儀器和電池管理系統等。

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