鉅大LARGE | 點擊量：1052次 | 2022年09月06日
更高效電池不是夢!科學家找到預測最佳電解質的新方法
可再生能源領域的進展速度不僅受到從太陽、風、海洋或地球輻射熱中獲取能量的技術限制，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，麥凱維工程學院RomaB.&RaymondH.Wittcoff的杰出大學教授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規(guī)模儲能的任何有機氧化還原液流電池(ORFB)的關鍵組件：電解質。
該研究于8月20日發(fā)表在美國國家科學院院刊(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防爆標準
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（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，那么主要的決定是，'我們將它溶解在什么電解質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行大量反復試驗和分析。然而，Ramani的團隊發(fā)現(xiàn)，有可能消除大部分工作：一個通用描述詞，表明哪種電解質與有機活性物質搭配得最好。
除了Sharma之外，由ShrihariSankarasubramanian和JavierParrondo組成的Ramani的研究團隊研究了兩種活性物質（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（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電解質效果最好，”該論文的聯(lián)合第一作者、德克薩斯大學圣安東尼奧分校化學工程助理教授Sankarasubramanian說：“我們能夠通過在實驗室中進行一小時的實驗而不是通常的幾天或幾周來預測這一點?！?/p>
盡管該論文顯示了有限數(shù)量組合的結果，但Sharma表示，該描述符可以概括，因為它基于活性物質和電解質之間的基本關系，并將系統(tǒng)中的動力學和傳輸特性相關聯(lián)。
有了一種通用的方法來預測給定有機活性物質的最佳電解質，新存儲技術的開發(fā)將變得更加有效——而且不會太快。
“當間歇性太陽能和風能發(fā)電機占主導地位時，需要電網規(guī)模的儲能才能擁有穩(wěn)定的電網，”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)。”
