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研究人員研發(fā)了一種‘universal descriptor’的物質(zhì)有助于電解液在氧化還原液流電池中的最佳使用。

研發(fā)人員開發(fā)了一種叫做‘universal descriptor’的物質(zhì)，以幫助他們確定用于電網(wǎng)規(guī)模蓄電池優(yōu)化設(shè)計的新電解液。

圣路易斯華盛頓大學(xué)（Washington University in St. Louis）的團隊研發(fā)技術(shù)，可以確定哪些材料適合用作有機氧化還原液流電池（ORFB）的電解液。這些類型的電池是目前儲存可再生能源（例如，太陽能）的最有效方式之一，可用于傳統(tǒng)電網(wǎng)。

氧化還原液流電池系統(tǒng)的設(shè)計成本通常比鋰離子電池低，因為它們使用廉價的有機材料作為電池的陰極和陽極。

Vijay Ramani是圣路易斯華盛頓大學(xué)麥凱維工程學(xué)院的著名大學(xué)教授，實驗室的研究人員正在研究一種氧化還原液流儲存系統(tǒng)，該系統(tǒng)廣泛使用除草劑紫精（viologen）作為活性材料。Ramani實驗室博士Kritika Sharma說他們需要找到一種能夠為系統(tǒng)產(chǎn)生最佳反應(yīng)的電解液。

Kritika Sharma在新聞聲明中說：“如果使用這種有機活性材料，需要決定的是我們應(yīng)該將其溶解在什么電解液中才可以使電池效能最大化。”

通常要做到這點需要對各種材料進行大量試驗，這就意味著在反復(fù)試驗中需要投入大量的時間和資源。


由BTMAP-Fc陰極電解質(zhì)和BTMAP-Vi陽極電解質(zhì)組成的的有機氧化還原液流電池原理圖（包括陰離子交換膜分離器）。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。

簡化流程

研究人員在《Proceedings of the National Academy of Sciences》論文摘要中寫道：該研究團隊設(shè)計出一種方法，利用Born方程式結(jié)合電解液成分計算溶劑重組能的方法，來預(yù)測電解液的設(shè)備性能，使該過程更快速、更省力。

研究人員在論文中還寫道：‘universal descriptor’是通過電解液組成和pH值范圍內(nèi)的關(guān)鍵傳輸和動力學(xué)特性相關(guān)而發(fā)現(xiàn)的，從而發(fā)現(xiàn)了電解質(zhì)鹽和溶劑之間的多組分相互作用。通過最少的實驗次數(shù)就可以得到最初的高通量篩選電解液材料。

研究人員觀察了兩種活性物質(zhì)，其中包括二氯二茂鐵（ferrocene dichloride）陰極和四氯化丙基紫精（propyl viologen tetrachloride）陽極，以及中性和酸性pH下的6種電解質(zhì)（硫酸、鹽酸、甲烷磺酸、硫酸鈉、氯化鈉和甲烷磺酸鈉）。

研究人員發(fā)現(xiàn)通過使用‘universal descriptor’的這些組合具有最互補的化學(xué)和電池性能特征，例如低放電極化和高開路電壓。

德州大學(xué)圣安東尼奧分校（University of Texas at San Antonio）化學(xué)工程助理教授Shrihari Sankarasubramanian也參與這項研究，他曾表示與甲烷磺酸鹽（methane sulfonate）或氯化物抗衡離子（chloride counterions）的低pH電解液效果最好。

他在新聞聲明中說：“我們能夠在實驗室進行一小時的實驗來預(yù)測這一點，而不需要幾天甚至幾周。”

用于未來設(shè)計

研究人員表明對于使用‘universal descriptor’還需要完成更多的研究，到目前為止所有的結(jié)論都只是來自有限的組合。

Sharma博士表示：‘universal descriptor’可以被普遍化的，因為該物質(zhì)是基于活性物質(zhì)與電解液之間的，并與系統(tǒng)中動力學(xué)和傳輸性能相關(guān)。這意味著‘universal descriptor’已經(jīng)可以用于預(yù)測有機活性物質(zhì)的最佳電解質(zhì)，從而更加高效的開發(fā)新儲能技術(shù)。.

Sharma曾在新聞聲明中說道：“當(dāng)間歇性太陽能和風(fēng)能發(fā)電機占主導(dǎo)地位時，電網(wǎng)規(guī)模儲能需要一個更穩(wěn)定的電網(wǎng)。我們研發(fā)的‘universal descriptor’可以加速新儲存方案的開發(fā)。”

中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會 楊柳翻譯

原標(biāo)題：使用這種新方法可以改進電網(wǎng)存儲優(yōu)化材料