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        使用這種新方法可以改進電網存儲優化材料

        放大字體  縮小字體 發布日期:2021-11-15


        研究人員研發了一種‘universal descriptor’的物質有助于電解液在氧化還原液流電池中的最佳使用。

        研發人員開發了一種叫做‘universal descriptor’的物質,以幫助他們確定用于電網規模蓄電池優化設計的新電解液。

        圣路易斯華盛頓大學(Washington University in St. Louis)的團隊研發技術,可以確定哪些材料適合用作有機氧化還原液流電池(ORFB)的電解液。這些類型的電池是目前儲存可再生能源(例如,太陽能)的最有效方式之一,可用于傳統電網。

        氧化還原液流電池系統的設計成本通常比鋰離子電池低,因為它們使用廉價的有機材料作為電池的陰極和陽極。

        Vijay Ramani是圣路易斯華盛頓大學麥凱維工程學院的著名大學教授,實驗室的研究人員正在研究一種氧化還原液流儲存系統,該系統廣泛使用除草劑紫精(viologen)作為活性材料。Ramani實驗室博士Kritika Sharma說他們需要找到一種能夠為系統產生最佳反應的電解液。

        Kritika Sharma在新聞聲明中說:“如果使用這種有機活性材料,需要決定的是我們應該將其溶解在什么電解液中才可以使電池效能最大化。”

        通常要做到這點需要對各種材料進行大量試驗,這就意味著在反復試驗中需要投入大量的時間和資源。

         

        由BTMAP-Fc陰極電解質和BTMAP-Vi陽極電解質組成的的有機氧化還原液流電池原理圖(包括陰離子交換膜分離器)。充電過程中的電子和離子流用實線表示,放電過程中的等效流用虛線表示。

        簡化流程

        研究人員在《Proceedings of the National Academy of Sciences》論文摘要中寫道:該研究團隊設計出一種方法,利用Born方程式結合電解液成分計算溶劑重組能的方法,來預測電解液的設備性能,使該過程更快速、更省力。

        研究人員在論文中還寫道:‘universal descriptor’是通過電解液組成和pH值范圍內的關鍵傳輸和動力學特性相關而發現的,從而發現了電解質鹽和溶劑之間的多組分相互作用。通過最少的實驗次數就可以得到最初的高通量篩選電解液材料。

        研究人員觀察了兩種活性物質,其中包括二氯二茂鐵(ferrocene dichloride)陰極和四氯化丙基紫精(propyl viologen tetrachloride)陽極,以及中性和酸性pH下的6種電解質(硫酸、鹽酸、甲烷磺酸、硫酸鈉、氯化鈉和甲烷磺酸鈉)。

        研究人員發現通過使用‘universal descriptor’的這些組合具有最互補的化學和電池性能特征,例如低放電極化和高開路電壓。

        德州大學圣安東尼奧分校(University of Texas at San Antonio)化學工程助理教授Shrihari Sankarasubramanian也參與這項研究,他曾表示與甲烷磺酸鹽(methane sulfonate)或氯化物抗衡離子(chloride counterions)的低pH電解液效果最好。

        他在新聞聲明中說:“我們能夠在實驗室進行一小時的實驗來預測這一點,而不需要幾天甚至幾周。”

        用于未來設計

        研究人員表明對于使用‘universal descriptor’還需要完成更多的研究,到目前為止所有的結論都只是來自有限的組合。

        Sharma博士表示:‘universal descriptor’可以被普遍化的,因為該物質是基于活性物質與電解液之間的,并與系統中動力學和傳輸性能相關。這意味著‘universal descriptor’已經可以用于預測有機活性物質的最佳電解質,從而更加高效的開發新儲能技術。.

        Sharma曾在新聞聲明中說道:“當間歇性太陽能和風能發電機占主導地位時,電網規模儲能需要一個更穩定的電網。我們研發的‘universal descriptor’可以加速新儲存方案的開發。”

        中國化學與物理電源行業協會 楊柳翻譯

        2021.11.4

         
        關于我們:中國化學與物理電源行業協會(China Industrial Association of Power Sources,縮寫:CIAPS) 是由電池行業企(事)業單位自愿組成的全國性、行業性、非營利性的社會組織。協會成立于1989年12月,現有530多家會員單位,下設堿性蓄電池與新型化學電源分會、酸性蓄電池分會、鋰電池分會、太陽能光伏分會、干電池工作委員會、電源配件分會、移動電源分會、儲能應用分會、動力電池應用分會和電池隔膜分會等十個分支機構。
        本會專業范圍包括:鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、氫鎳蓄電池、鋅錳堿錳電池、鋰一次電池、鋰離子電池、太陽電池、燃料電池、鋅銀電池、熱電池、超級電容器、溫差發電器及其他各種新型電池、電池系統解決方案,以及各類電池用原材料、零配件、生產設備、測試儀器和電池管理系統等。

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