為了向用戶提供太陽能和風能等清潔能源, 當陽光或者風力不足的時候, 需要一個可靠的備用儲能系統來提供電能.
而解決這個問題的辦法可能是採用多餘的太陽能和風能來儲能的解決方案, 如今現在開發一種可以顯著提供儲能能力的化合物, 這個化合物可以在陽光和風力不足的情況下將多餘的電能儲存起來使用. 在將儲能的能源轉化成電能時, 可以將攜帶相反電荷的化學溶液泵入固體電極, 從而產生電子交換而提供電力.
這種被稱為氧化還原液流電池的技術的關鍵是尋找不僅能 '攜帶' 足夠的電荷, 而且能長期儲存而不會降解的化學物質, 從而最大限度地儲能和發電, 並最大限度地降低系統的充電成本.
美國羅徹斯特大學的研究人員與紐約州立大學布法羅分校的研究人員開展合作, 並宣稱他們已經研發了一個很有可能改變能源存儲的格局的化合物.
實驗室的研究人員化學助理教授艾倫·馬特森(Ellen Matson)在化學頂級期刊《Chemica lScience》(化學科學)發表的一篇論文中描述了所研發的一種金屬氧化物團簇, 它具有很好的電化學特性, 其儲能能力幾乎是當前的氧化還原液流電池的電化學物質儲能的兩倍.
報告的主要作者, 馬特森實驗室三年級博士生勞倫·范戈爾德(Lauren VanGelder)說: '在文獻中, 多金屬氧酸鹽的儲能應用是非常少見的. 在我們的研發成果推出之前, 可能有一兩個例子, 俁並沒有真正發揮這些成果的潛力. '
'這實際上是分子發展的一個尚未開發的領域, ' Matson補充說.
應用於風能和太陽能的液流電池
這個金屬氧化物團簇首先在德國化學家約翰·斯潘德爾(Johann Spandl)的實驗室中研發出來的, 並研究了其磁性. 範戈爾德進行的測試表明, 這個化合物可以將電荷儲存在氧化還原液流電池中, 但並不像人們所期望的那樣穩定.
然而, Matson所描述的 '簡單的分子修飾' , 通過採用乙醇基氧化物替換化合物的甲醇衍生的甲醇鹽團簇, 研究團隊能夠擴大團簇穩定的電位窗口, 可以更多地存儲在電池中的電能.
馬特森說: '這項工作真的很酷, 我們可以通過使用甲醇和乙醇生成乙醇鹽和甲醇鹽團簇. 這兩種試劑價格低廉, 容易獲得, 並且使用安全. 而其餘組成部分的金屬和氧原子是地球豐富的元素. 這個系統可以直接高效合成, 是電荷載體發展的一個全新的方向, 我們相信, 這將在儲能領域樹立一個新的標準. '
這項研究進行的電化學測試採用馬特森在實驗室中使用的設備和技術. 因此, 而布法羅大學化學助理教授蒂莫西·庫克(Timothy Cook)和庫克實驗室的四年級研究生安朱拉·科斯瓦塔拉奇(Anjula Kosswattaarachchi)也參與了研究. 範戈爾德在Cook實驗室進行測試設備的培訓, 並幫助科斯瓦塔拉奇合成化合物.
這兩個研究小組申請了美國國家科學基金會的資助, 作為正在進行的合作項目的一部分, 將進一步完善用於商業氧化還原液流電池的團簇.
馬特森強調了範戈爾德在對團簇進行初步測試和實驗所發揮的 '關鍵作用' . '作為一個三年級的研究生, 她做了一個令人難以置信的工作, 在推動實驗室的研究工作中發揮了重要的作用. ' 馬特森說.
馬特森去年獲得的一項大學生物技術基金使實驗室能夠購買研究所需的電化學設備. 馬特森實驗室的Patrick Forrestal也參與了這項研究.
