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简介

工程师揭示了一个有机分子的“新宇宙”,它可以在流电池中储存能量

受维生素B2的启发,哈佛大学的工程师们发现了一种全新的高效有机分子,它可以安全地将太阳能和风能等间歇性能源产生的电能储存在大型电池中。

这项研究建立在之前的研究基础上,在之前的研究中,该团队开发了一种高容量流动电池,这种电池能将能量储存在一种叫做醌的有机分子中,醌能将能量储存在植物和动物体内,还有一种叫做亚铁氰化物的食品添加剂。这一进步改变了游戏规则,它提供了第一批高性能、不易燃、无毒、无腐蚀性和低成本的化学物质,使大规模、廉价的电力存储成为可能。

当多用途的醌显示出对流电池的巨大潜力时,哈佛研究人员继续探索其他有机分子以追求更好的性能。但要在其他有机系统中找到同样的通用性是很有挑战性的。

现在,在考虑了大约一百万个不同的醌类后,我们开发了一种新的电池电解质材料,这扩展了我们的可能性。文理学院博士生、论文第一作者林凯祥说。它的简单合成意味着它可以以很低的成本大规模生产,这是本项目的一个重要目标。

这项新研究发表在《自然能源》杂志上。

流体电池将可再生能源储存在充满无毒有机化学品的液体罐中。

流体电池将能量储存在外部容器中的溶液中;容器越大,储存的能量就越多。2014年,迈克尔·j·阿齐兹,基因和特蕾西·赛克斯的材料和能源技术教授哈佛约翰·a·保尔森工程和应用科学学院(海洋),罗伊·戈登·托马斯·达德利卡伯特教授化学和材料科学教授Alá n Aspuru-Guzik,哈佛大学的化学教授,他们的团队取代传统金属离子作为电池电解质材料在酸性电解质与醌类。2015年,他们开发了一种醌,可以在碱性溶液中与普通食品添加剂一起使用。

在最近的研究中,研究小组从维生素B2中获得灵感,维生素B2有助于将食物中的能量储存在体内。B2和醌的关键区别在于氮原子,而不是氧原子,参与了电子的获取和释放。

只需对原来的B2分子进行几次调整,这组新分子就成为碱性流电池的理想候选分子。阿齐兹说。具有高的稳定性和溶解性,可提供高的电池电压和存储容量。由于维生素非常容易制造,这种分子可以以非常低的成本大规模生产。

我们设计这些分子是为了满足电池的需要,但实际上是大自然暗示了这种储存能量的方式,该论文的共同资深作者戈登说。大自然也产生了类似的分子,它们在我们体内储存能量方面非常重要。

该团队将继续探索醌类,以及这个新的分子宇宙,以追求高性能、持久和廉价的流电池。

哈佛大学技术发展办公室一直与该研究团队密切合作,以应对能源存储市场不断变化的复杂性,并与处于有利地位的公司建立关系,以实现新型化学物质的商业化。

出版物:林凯祥等,一种四氧嗪基有机电解质氧化还原流电池《自然能源》1,文章编号:16102 (2016);doi: 10.1038 / nenergy.2016.102

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