随着太阳能和风能近年来掀起价格革命, 储能倒成了大问题. 人们需要一种大型, 廉价而耐用的电池, 在日落之后, 风停之后提供电力. 近日发表在《焦耳》(Joule)杂志上的一篇论文介绍道, 哈佛大学的研究人员利用一种有机 '长寿' 分子制作出液流电池, 储存的能量可以为整座城市供电. 该电池既解决了全钒液流电池的成本问题, 又突破了有机液流电池的寿命瓶颈.
所谓的液流电池和手机里的锂电池一样, 都由将电解质中存储的能量转换成电能的电极对, 以及将电荷从一个电极传送到另一个电极的电解质组成. 不过, 传统电池将电极对和电解质一起封装, 液流电池则将正负电极分开, 电解液各自循环.
这些电解液储存在任意大小的外部容器中, 在使用时泵入电极. 因此, 液流电池的充电容量可以提高到百万瓦特级别.
全钒液流电池是现在主流的一种液流电池, 比锂离子电池更安全, 更便宜, 更耐用. 然而, 担任电解质的钒金属颗粒比较昂贵, 化学家一直试图用一类名为 '醌' 的有机化合物作为替代品.
使用这类有机物制作电解质, 成本仅为全钒液流电池的三分之一, 但它们在反复充放电后损耗很快, 无法达到工业界的要求. 这是有机液流电池无法商业化的主要原因.
哈佛大学科学家发明的新型 '长寿' 有机液流电池
因此, 哈佛大学材料科学家迈克尔·阿齐兹(Michael Aziz)和他的团队开始着手提高醌的寿命. 他们发现, 在原有的醌中添加两个羧酸基团, 就更易溶于碱性溶液. 如此, 他们就可以使用酸碱值更低, 化学强度更低的溶液, 减少电解质损耗.
使用新型醌的液流电池年损耗率下降到了3%左右, 而以前的醌液流电池一天就要损耗这么多. 阿齐兹团队给这种新型醌起了个别名叫 '玛士撒拉' 分子. 玛士撒拉分子是圣经旧约里提到的一个长寿的族长, 活了969岁.
阿齐兹团队目前还没有研究过 '玛士撒拉' 醌的量产成本, 如果和传统的醌成本差不多的话, 那有机液流电池就达到了商业化的要求.
'他们设计的这种醌很好, ' 犹他州立大学化学家刘天骠评价道, 他也在研究液流电池. 不过, 他指出液流电池都要使用两种不同的电解质, 阿齐兹团队只解决了其中一种电解质的损耗问题, 另外一种电解质的损耗问题仍待攻克.
如果学界最终能 '双管齐下' 克服寿命问题, 大量有机液流电池将在电网储能和调峰中担当重任, 真正让全世界实现可持续能源转型.