鉅大LARGE | 點擊量：548次 | 2021年12月21日
更高效電池不是夢！科學(xué)家找到預(yù)測最佳電解質(zhì)的新方案
可再生能源領(lǐng)域的進(jìn)展速度不僅受到從太陽、風(fēng)、海洋或地球輻射熱中獲取能量的技術(shù)限制，還受到在能量被利用后有效儲存和部署的能力限制。
開發(fā)可擴展以滿足電網(wǎng)需求的可靠電池的主要障礙是材料成本，以及尋找最佳材料。
近日，圣路易斯華盛頓大學(xué)，麥凱維工程學(xué)院RomaB.&RaymondH.Wittcoff的杰出大學(xué)教授VijayRamani實驗室的一個研究小組開發(fā)了一種方法來確定哪些材料適合作為用于電網(wǎng)規(guī)模儲能的任何有機氧化還原液流電池(ORFB)的關(guān)鍵組件：電解質(zhì)。
該研究于8月20日發(fā)表在美國國家科學(xué)院院刊(PNAS)上。
由BTMAP-Fc陰極電解液和BTMAP-Vi陽極電解液組裝的ORFB示意圖，其中包含陰離子交換膜分離器。支持電解質(zhì)中的pH值和陰離子組合列于示意圖下方。充電過程中的電子和離子流用實線表示，放電過程中的等效流用虛線表示。：拉馬尼實驗室
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
有機氧化還原液流電池(ORFB)成本低。他們的設(shè)計使每單位大規(guī)模儲存的電力比鋰離子電池便宜，并且它們使用廉價的有機材料作為電池活性物質(zhì)（陰極和陽極）。
“在我們的系統(tǒng)中，我們使用紫精，它被廣泛用作除草劑并且非常便宜，”第一作者，拉馬尼實驗室的博士生KritikaSharma說：?！叭绻覀兪褂眠@種有機活性物質(zhì)，那么主要的決定是，'我們將它溶解在什么電解質(zhì)中以最大限度地提高電池效率？'”
傳統(tǒng)上，回答這個問題需要進(jìn)行大量反復(fù)試驗和分析。然而，Ramani的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，有可能消除大部分工作：一個通用描述詞，表明哪種電解質(zhì)與有機活性物質(zhì)搭配得最好。
除了Sharma之外，由ShrihariSankarasubramanian和JavierParrondo組成的Ramani的研究團(tuán)隊研究了兩種活性物質(zhì)（二氯化二茂鐵陰極和丙基四氯化紫羅堿陽極）和六種電解質(zhì)（硫酸；鹽酸；甲磺酸；硫酸鈉；氯化鈉；和甲烷磺酸鈉）在中性和酸性pH值下。他們發(fā)現(xiàn)他們的通用描述符表明了具有最互補的化學(xué)和電池性能特征的組合——低放電極化和高開路電壓。
“我們的描述詞，即溶劑重組能，使我們能夠證明具有甲磺酸鹽或氯化物反離子的低pH電解質(zhì)效果最好，”該論文的聯(lián)合第一作者、德克薩斯大學(xué)圣安東尼奧分校化學(xué)工程助理教授Sankarasubramanian說：“我們能夠通過在實驗室中進(jìn)行一小時的實驗而不是通常的幾天或幾周來預(yù)測這一點?！?/p>
盡管該論文顯示了有限數(shù)量組合的結(jié)果，但Sharma表示，該描述符可以概括，因為它基于活性物質(zhì)和電解質(zhì)之間的基本關(guān)系，并將系統(tǒng)中的動力學(xué)和傳輸特性相關(guān)聯(lián)。
有了一種通用的方法來預(yù)測給定有機活性物質(zhì)的最佳電解質(zhì)，新存儲技術(shù)的開發(fā)將變得更加有效——而且不會太快。
“當(dāng)間歇性太陽能和風(fēng)能發(fā)電機占主導(dǎo)地位時，需要電網(wǎng)規(guī)模的儲能才能擁有穩(wěn)定的電網(wǎng)，”Sharma說：“我們的通用描述符可以幫助加快新存儲解決方案的開發(fā)?！?/p>
