為了生產(chǎn)具有成本效益的氧化還原液流電池，華南理工大學(xué)的研究人員合成了一種用作低成本電解質(zhì)的分子化合物，使液流電池穩(wěn)定，每次循環(huán)保持99.98%的容量。他們于8月14日在EnergyMaterialAdvances上發(fā)表了他們的方法。

該電池由兩個(gè)相反的液體電解質(zhì)罐組成，沿著夾在電極之間的膜分離器泵送正極和負(fù)極液體，促進(jìn)離子交換以產(chǎn)生能量。據(jù)通訊作者、廣東省燃料電池技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、南方化學(xué)化工學(xué)院教授梁振興介紹，負(fù)極電解液的研制工作取得了重大進(jìn)展，而正極電解液的研究較少。

“水系氧化還原液流電池可以利用不穩(wěn)定的太陽(yáng)能和風(fēng)能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電力輸出，被認(rèn)為是一種很有前景的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，”梁說(shuō)。“元素豐度、低成本和對(duì)正極和負(fù)極電解質(zhì)電化學(xué)特性的靈活分子控制的電活性有機(jī)優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是開發(fā)下一代氧化還原液流電池的關(guān)鍵。”

梁和他的團(tuán)隊(duì)專注于TEMPO，這是一種易于逆轉(zhuǎn)氧化態(tài)和高能量潛力的化合物，是正極電解質(zhì)中所需的質(zhì)量。

“然而，由于分子骨架的高疏水性，TEMPO不能直接應(yīng)用于水性氧化還原液流電池，”梁說(shuō)，并解釋說(shuō)TEMPO未經(jīng)修飾不會(huì)溶解在促進(jìn)液流電池能量交換所需的液體中.“我們開發(fā)了一種策略，用紫精（一種具有高度可逆氧化還原反應(yīng)的有機(jī)化合物）對(duì)TEMPO進(jìn)行功能化，以提高TEMPO的親水性。”

據(jù)梁介紹，紫精極易溶于水，這增加了TEMPO溶于水的能力。Viologen還通過化學(xué)方式從原子伙伴中提取電子，從而提高其改變氧化狀態(tài)的潛力。Viologen也是一種鹽，它使TEMPO在水溶液中具有梁所說(shuō)的“良好的導(dǎo)電性”。

當(dāng)在液流電池中測(cè)試合成的紫精改性TEMPO時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)電池每個(gè)循環(huán)保持99.98%的容量，這意味著電池在不活躍使用時(shí)幾乎可以保持其所有存儲(chǔ)的能量。

“這項(xiàng)工作通過紫精功能化克服了TEMPO的缺點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)了其在水性氧化還原液流電池中的應(yīng)用，”梁說(shuō)。“分子設(shè)計(jì)概念為新型有機(jī)電活性材料提供了策略，并為水性有機(jī)液流電池的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。”

其他貢獻(xiàn)者包括胡書志、王立文、袁賢志、向鵬、黃玥、羅鵬、劉玉峰、付志勇，均來(lái)自華南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院廣東省燃料電池技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)。胡還隸屬于中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院。