隨著太陽能和風能近年來掀起價格革命, 儲能倒成了大問題. 人們需要一種大型, 廉價而耐用的電池, 在日落之後, 風停之後提供電力. 近日發表在《焦耳》(Joule)雜誌上的一篇論文介紹道, 哈佛大學的研究人員利用一種有機 '長壽' 分子製作出液流電池, 儲存的能量可以為整座城市供電. 該電池既解決了全釩液流電池的成本問題, 又突破了有機液流電池的壽命瓶頸.
所謂的液流電池和手機裡的鋰電池一樣, 都由將電解質中存儲的能量轉換成電能的電極對, 以及將電荷從一個電極傳送到另一個電極的電解質組成. 不過, 傳統電池將電極對和電解質一起封裝, 液流電池則將正負電極分開, 電解液各自迴圈.
這些電解液儲存在任意大小的外部容器中, 在使用時泵入電極. 因此, 液流電池的充電容量可以提高到百萬瓦特級別.
全釩液流電池是現在主流的一種液流電池, 比鋰離子電池更安全, 更便宜, 更耐用. 然而, 擔任電解質的釩金屬顆粒比較昂貴, 化學家一直試圖用一類名為 '醌' 的有機化合物作為替代品.
使用這類有機物製作電解質, 成本僅為全釩液流電池的三分之一, 但它們在反覆充放電後損耗很快, 無法達到工業界的要求. 這是有機液流電池無法商業化的主要原因.
哈佛大學科學家發明的新型 '長壽' 有機液流電池
因此, 哈佛大學材料科學家邁克爾·阿齊茲(Michael Aziz)和他的團隊開始著手提高醌的壽命. 他們發現, 在原有的醌中添加兩個羧酸基團, 就更易溶於堿性溶液. 如此, 他們就可以使用酸堿值更低, 化學強度更低的溶液, 減少電解質損耗.
使用新型醌的液流電池年損耗率下降到了3%左右, 而以前的醌液流電池一天就要損耗這麼多. 阿齊茲團隊給這種新型醌起了個別名叫 '瑪士撒拉' 分子. 瑪士撒拉分子是聖經舊約裡提到的一個長壽的族長, 活了969歲.
阿齊茲團隊目前還沒有研究過 '瑪士撒拉' 醌的量產成本, 如果和傳統的醌成本差不多的話, 那有機液流電池就達到了商業化的要求.
'他們設計的這種醌很好, ' 猶他州立大學化學家劉天驃評價道, 他也在研究液流電池. 不過, 他指出液流電池都要使用兩種不同的電解質, 阿齊茲團隊只解決了其中一種電解質的損耗問題, 另外一種電解質的損耗問題仍待攻克.
如果學界最終能 '雙管齊下' 克服壽命問題, 大量有機液流電池將在電網儲能和調峰中擔當重任, 真正讓全世界實現可持續能源轉型.