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受生物启发的电池或可助力电网绿色转型

醌类化合物可能是流动电池的关键。

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哈佛大学工程师迈克尔·阿齐兹及其同事开发了一种原型无金属流动电池,它依靠自然界中丰富的小型有机分子的电化学性质来储存来自可再生、间歇性能源产生的电力。伊丽莎·格林内尔/SEAS通讯

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获得更多可再生能源电力面临的最大障碍是太阳能和风能的间歇性——更好的电池,以及更廉价的材料,可以通过储存大量能量直到需要时来解决这个问题。现在,科学家们认为他们可能找到了解决方案,这得益于一些有机化学的帮助。

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与传统电池一样,流动电池储存化学能,并具有正极和负极。电池放电时,电子和离子从一个电极移动到另一个电极,产生电流。传统电池的材料是固态的,而流动电池的化学物质——通常因为来自稀有金属而昂贵——是液态的。为了储存大量的能量,流动电池需要能够储存数千加仑液体的储罐。“如果你想要更多的能量,你只需要制造更大的储罐,”哈佛大学的工程师阿齐兹说。“但这些化学物质必须便宜。”

因此,阿齐兹与化学系的同事们向自然界寻求更实用的解决方案。他们转向醌类,这是一类碳基化学物质,在动物和植物代谢中起着重要作用,在我们将能量储存在体内的化学反应中移动电子。研究人员怀疑醌类也可以在流动电池中移动电子。他们选择的醌类化合物,称为AQDS,已经用于石油加工。

2014年1月,在《自然》杂志上,研究人员描述了一种使用AQDS作为其中一个电极的原型流动电池。他们表明,它不仅比传统的流动电池储存更多的能量,而且醌类电池的成本也远低于其他流动电池——每千瓦时储存能量的成本低于27美元,而其他电池为81美元。他们现在正与一家康涅狄格州的公司合作开发原型系统。

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