有機(jī)Mega Flow電池超越了壽命

為了在未來(lái)維持人類文明，必須利用清潔能源來(lái)取代目前污染我們大氣的化石燃料。太陽(yáng)能和風(fēng)能可以提供所有必要的能源。但是，當(dāng)太陽(yáng)沒(méi)有照射并且風(fēng)不吹時(shí)，將需要存儲(chǔ)。

有機(jī)液流電池是鋰離子電池和用于大規(guī)模可再生能源存儲(chǔ)的釩液流電池的潛在更安全，更便宜的替代品。

現(xiàn)在，哈佛大學(xué)的研究人員已經(jīng)展示了一種新的有機(jī)分子，其壽命超過(guò)其前輩，并提供迄今為止最持久的高性能有機(jī)液流電池。綽號(hào)為瑪土撒拉的醌 - 經(jīng)過(guò)最長(zhǎng)壽的圣經(jīng)人物 - 這個(gè)分子可以在多年的時(shí)間內(nèi)有效地存儲(chǔ)和釋放能量數(shù)萬(wàn)次。

該研究由Roy Gordon，Thomas Dudley Cabot化學(xué)教授和材料科學(xué)教授共同領(lǐng)導(dǎo)，Michael Aziz，Gene和Tracy Sykes教授，哈佛大學(xué)材料與能源技術(shù)教授John A. Paulson工程與應(yīng)用學(xué)院科學(xué)(SEAS)。

“我們?cè)O(shè)計(jì)并制造了一種新的有機(jī)化合物，可以儲(chǔ)存電能，并且在分解之前具有很長(zhǎng)的使用壽命，”戈登說(shuō)。“我們發(fā)現(xiàn)了先前在液流電池中使用的分子的降解過(guò)程。然后我們創(chuàng)造了新的，更穩(wěn)定的分子來(lái)避免這些問(wèn)題。”

“在以前的工作中，我們已經(jīng)展示了一種具有長(zhǎng)壽命但低電壓的化學(xué)物質(zhì)，這導(dǎo)致每分子的能量?jī)?chǔ)存量低，這導(dǎo)致給定量的能量?jī)?chǔ)存成本高，”Aziz說(shuō)。“現(xiàn)在，我們的第一種化學(xué)物質(zhì)具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性并且輸入電壓超過(guò)1伏特，這通常被認(rèn)為是商業(yè)部署的門檻。我相信它是第一款滿足所有需求的有機(jī)液流電池。實(shí)際執(zhí)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。“

新化學(xué)建立了由Aziz和Gordon領(lǐng)導(dǎo)的先前研究。Methuselah分子是一種改良的醌，是一種豐富的，天然存在的分子，與光合作用和細(xì)胞呼吸等生物過(guò)程不可分割。與理論化學(xué)教授AlánAspuru-Guzik合作，他們的研究小組描述了液體電池中先前醌分子的降解過(guò)程，并進(jìn)行了修改以延長(zhǎng)日歷壽命。

在他們實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)中，Methuselah分子的褪色率低于每天0.01%，每次充電/放電循環(huán)低于0.001% - 在一年的時(shí)間內(nèi)推斷降低不到3% - 并且有用的操作成千上萬(wàn)個(gè)周期。

Methuselah也被證明是高度可溶的，這意味著它可以在更小的空間中儲(chǔ)存更多的能量。它在弱堿性電解質(zhì)中操作，通過(guò)允許使用廉價(jià)的容納材料和廉價(jià)的聚合物膜來(lái)分離正極和負(fù)極端子，從而降低了電池的成本。

所有這些進(jìn)步降低了存儲(chǔ)成本，并且可能使有機(jī)存儲(chǔ)化學(xué)品在長(zhǎng)時(shí)間放電中具有成本效益。

“這項(xiàng)研究證明了有機(jī)物的潛力，”SEAS的博士后研究員，該論文的共同第一作者David Kwabi說(shuō)。“我們證明有機(jī)分子是昂貴的釩電池的可行，持久，經(jīng)濟(jì)的替代品。”

該研究得到了美國(guó)能源部電力儲(chǔ)能計(jì)劃，高級(jí)研究計(jì)劃局能源，丹麥創(chuàng)新基金，馬薩諸塞州清潔能源技術(shù)中心以及哈佛工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的支持。

“這項(xiàng)重要工作代表了低成本，長(zhǎng)時(shí)間流動(dòng)電池的重大進(jìn)步，”美國(guó)能源部電力儲(chǔ)存辦公室主任Imre Gyuk說(shuō)。“需要這樣的設(shè)備才能使電網(wǎng)吸收越來(lái)越多的綠色但可變的可再生能源。”

在哈佛大學(xué)技術(shù)開(kāi)發(fā)辦公室(OTD)的協(xié)助下，研究人員正在尋求商業(yè)合作伙伴，以擴(kuò)大工業(yè)應(yīng)用技術(shù)。哈佛OTD已經(jīng)提交了一系列關(guān)于液流電池技術(shù)創(chuàng)新的待批專利。