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美国科学家正在研究可以改变大型电网储能的化合物

来源:中国储能网 发表时间:2018-02-12 68
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为了向用户提供太阳能和风能等清洁能源,当阳光或者风力不足的时候,需要一个可靠的备用储能系统来提供电能。

而解决这个问题的办法可能是采用多余的太阳能和风能来储能的解决方案,如今现在开发一种可以显著提供储能能力的化合物,这个化合物可以在阳光和风力不足的情况下将多余的电能储存起来使用。在将储能的能源转化成电能时,可以将携带相反电荷的化学溶液泵入固体电极,从而产生电子交换而提供电力。

这种被称为氧化还原液流电池的技术的关键是寻找不仅能“携带”足够的电荷,而且能长期储存而不会降解的化学物质,从而最大限度地储能和发电,并最大限度地降低系统的充电成本。

美国罗彻斯特大学的研究人员与纽约州立大学布法罗分校的研究人员开展合作,并宣称他们已经研发了一个很有可能改变能源存储的格局的化合物。

实验室的研究人员化学助理教授艾伦·马特森(Ellen Matson)在化学顶级期刊《Chemica lScience》(化学科学)发表的一篇论文中描述了所研发的一种金属氧化物团簇,它具有很好的电化学特性,其储能能力几乎是当前的氧化还原液流电池的电化学物质储能的两倍。

报告的主要作者,马特森实验室三年级博士生劳伦·范戈尔德(Lauren VanGelder)说:“在文献中,多金属氧酸盐的储能应用是非常少见的。在我们的研发成果推出之前,可能有一两个例子,俣并没有真正发挥这些成果的潜力。”

“这实际上是分子发展的一个尚未开发的领域,”Matson补充说。

应用于风能和太阳能的液流电池

这个金属氧化物团簇首先在德国化学家约翰·斯潘德尔(Johann Spandl)的实验室中研发出来的,并研究了其磁性。范戈尔德进行的测试表明,这个化合物可以将电荷储存在氧化还原液流电池中,但并不像人们所期望的那样稳定。

然而,Matson所描述的“简单的分子修饰”,通过采用乙醇基氧化物替换化合物的甲醇衍生的甲醇盐团簇,研究团队能够扩大团簇稳定的电位窗口,可以更多地存储在电池中的电能。

马特森说:“这项工作真的很酷,我们可以通过使用甲醇和乙醇生成乙醇盐和甲醇盐团簇。这两种试剂价格低廉,容易获得,并且使用安全。而其余组成部分的金属和氧原子是地球丰富的元素。这个系统可以直接高效合成,是电荷载体发展的一个全新的方向,我们相信,这将在储能领域树立一个新的标准。”

这项研究进行的电化学测试采用马特森在实验室中使用的设备和技术。因此,而布法罗大学化学助理教授蒂莫西·库克(Timothy Cook)和库克实验室的四年级研究生安朱拉·科斯瓦塔拉奇(Anjula Kosswattaarachchi)也参与了研究。范戈尔德在Cook实验室进行测试设备的培训,并帮助科斯瓦塔拉奇合成化合物。

这两个研究小组申请了美国国家科学基金会的资助,作为正在进行的合作项目的一部分,将进一步完善用于商业氧化还原液流电池的团簇。

马特森强调了范戈尔德在对团簇进行初步测试和实验所发挥的“关键作用”。“作为一个三年级的研究生,她做了一个令人难以置信的工作,在推动实验室的研究工作中发挥了重要的作用。”马特森说。

马特森去年获得的一项大学生物技术基金使实验室能够购买研究所需的电化学设备。马特森实验室的Patrick Forrestal也参与了这项研究。

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