在大規(guī)模儲能領(lǐng)域，電池需要能夠在較長時間內(nèi)儲存大量電能，同時具備安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性。美國凱斯西儲大學(xué)的研究人員正在開發(fā)一種新型電解液，用于可充電液流電池，有望滿足這些關(guān)鍵指標(biāo)。
液流電池的工作原理類似于一個超大的燃料箱。以汽車為例，在不改變發(fā)動機(jī)的情況下，通過增加油箱容量即可延長行駛里程。液流電池同樣如此：其“發(fā)動機(jī)”不變，而儲存活性物質(zhì)的儲罐大小決定了可儲存的能量。
凱斯西儲大學(xué)團(tuán)隊近期展示了一種用于液流電池的新型電解質(zhì)。這種電解質(zhì)揮發(fā)性較低，不易蒸發(fā)或起火，并實現(xiàn)了新型導(dǎo)電方式。其結(jié)構(gòu)允許質(zhì)子(帶正電荷的氫原子)像臺球一樣在分子間“跳躍”傳導(dǎo)。該研究發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上，由大學(xué)儲能系統(tǒng)突破性電解質(zhì)能源前沿研究中心(BEES2 EFRC)的科研人員完成。
與傳統(tǒng)鋰離子電池不同，新型電解質(zhì)通過質(zhì)子跳躍傳導(dǎo)，而非依賴帶電粒子在粘稠液體中物理移動。首席研究員、化學(xué)與生物分子工程教授Burcu Gurkan表示：“我們接受出于安全考慮需要液體具有一定粘度的現(xiàn)實。但與其讓大的帶電粒子在粘稠液體中移動，不如讓氫離子在分子間跳躍到達(dá)電極。”
這種質(zhì)子跳躍傳導(dǎo)方式受溶液粘度的影響較小。該研究的合著者、BEES EFRC創(chuàng)始主任Robert Savinell教授指出：“這使得質(zhì)子能夠輕松傳導(dǎo)，同時保持流體的不揮發(fā)性和安全性�！�
BEES2的研究人員認(rèn)為，這種電解質(zhì)還可能惠及其他電化學(xué)技術(shù)，如電催化——一種無需高壓或高溫即可生產(chǎn)化學(xué)物質(zhì)的過程。
目前，這項由美國能源部支持的研究仍在進(jìn)行中。Gurkan表示，該技術(shù)尚未達(dá)到可以直接用于制造液流電池的階段，在化學(xué)溶解度等方面仍需進(jìn)一步突破。這一研究延續(xù)了凱斯西儲大學(xué)在電化學(xué)和電化學(xué)工程領(lǐng)域長達(dá)50年的研究積累。研究合作方包括紐約大學(xué)、紐約市立大學(xué)、田納西大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)香檳分校、謝菲爾德大學(xué)、盧瑟福阿普爾頓實驗室和歐洲同步輻射設(shè)施等機(jī)構(gòu)。
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