哈佛研發(fā)充電機(jī)充電有機(jī)液流蓄電池，材料年衰退率低于 3%
2018-8-14 12:09:59??????點(diǎn)擊：
太陽(yáng)能與風(fēng)能為當(dāng)今備受歡迎的綠色能源，但這些技術(shù)皆為變動(dòng)型能源，若不想要電力供過(guò)于求或是供電不穩(wěn)，得找出有效且可大規(guī)模儲(chǔ)存電力的方式。充電機(jī)充電液流蓄電池或許會(huì)成為再生能源儲(chǔ)能明日之星……
充電機(jī)充電液流蓄電池可以?xún)?chǔ)存大量電力，有望在綠能儲(chǔ)能技術(shù)派上用場(chǎng)，而近日美國(guó)哈佛大學(xué)團(tuán)隊(duì)更成功改良有機(jī)化合物醌（quinones），打造出更高效與長(zhǎng)壽的充電機(jī)充電有機(jī)液流蓄電池，縮短該設(shè)備與商業(yè)化門(mén)坎的距離。
太陽(yáng)能與風(fēng)能為當(dāng)今備受歡迎的綠色能源，但這些技術(shù)皆為變動(dòng)型能源，若不想要電力供過(guò)于求或是供電不穩(wěn)，得找出有效且可大規(guī)模儲(chǔ)存電力的方式。其中鋰離子充電機(jī)充電蓄電池雖然為儲(chǔ)能技術(shù)龍頭，不過(guò)大范圍建置鋰離子充電機(jī)充電蓄電池儲(chǔ)能電廠將是一筆不菲的開(kāi)銷(xiāo)，廠商也需要定期更換充電機(jī)充電蓄電池。
充電機(jī)充電液流蓄電池或許會(huì)成為再生能源儲(chǔ)能明日之星。該系統(tǒng)運(yùn)作模式是將電子儲(chǔ)存在外部?jī)蓚?cè)的液態(tài)電解質(zhì)槽，充放電時(shí)電解質(zhì)會(huì)被幫補(bǔ)到中間的發(fā)電室，而發(fā)電室也會(huì)以薄膜隔開(kāi)兩種溶液、形成兩個(gè)電極，最后產(chǎn)生離子交換來(lái)發(fā)電。
該充電機(jī)充電蓄電池可以透過(guò)改變電解質(zhì)與薄膜尺寸來(lái)調(diào)整充電機(jī)充電蓄電池容量與電輸出，且由于充電機(jī)充電蓄電池兩側(cè)電解質(zhì)是分開(kāi)存放，相互滲漏與自身放電的機(jī)率都很低，因此安全性高、能量也可以長(zhǎng)久儲(chǔ)存，非常適合制作成大型儲(chǔ)能系統(tǒng)，只不過(guò)該設(shè)備目前的能量密度不高，還需要進(jìn)一步突破才能抵達(dá)商業(yè)化階段。
以往的充電機(jī)充電液流蓄電池也都是由溶于酸的釩和溴電解質(zhì)組成，這些化學(xué)品不僅成本高昂，也具有腐蝕性，因此不少科學(xué)家將目光從釩轉(zhuǎn)向有機(jī)化合物醌類(lèi)。該分子在自然界分布相當(dāng)廣泛，常見(jiàn)于光合作用與細(xì)胞呼吸中，可為動(dòng)植物儲(chǔ)存能量。
哈佛大學(xué)則致力于研發(fā)充電機(jī)充電有機(jī)液流蓄電池，2014 年以來(lái)已嘗試 1 萬(wàn)種醌類(lèi)，并測(cè)驗(yàn)過(guò)多種材料，像是用亞鐵氰化物取代溴、將酸性電解質(zhì)轉(zhuǎn)換為堿性混合物、用改良維生素 B2 當(dāng)作醌，2017 年更是調(diào)配出中性電解質(zhì)配方，只是這些研究付出仍無(wú)法讓充電機(jī)充電有機(jī)液流蓄電池跨越商業(yè)門(mén)坎。
不過(guò)目前似乎又有一線曙光，現(xiàn)在哈佛大學(xué)團(tuán)隊(duì)已改造一種醌類(lèi)，成功制造出壽命與效能兼具的充電機(jī)充電有機(jī)液流蓄電池設(shè)備。為表達(dá)材料的穩(wěn)定性與長(zhǎng)壽特質(zhì)，研究員還以《圣經(jīng)》中壽命最長(zhǎng)的人來(lái)為材料命名、稱(chēng)之為“瑪士撒拉（Methuselah）分子”。
哈佛材料科學(xué)教授 Michael Aziz 表示，以前團(tuán)隊(duì)也有制造出長(zhǎng)壽的充電機(jī)充電液流蓄電池，但是那些化學(xué)物質(zhì)可承受電壓較低，導(dǎo)致分子無(wú)法儲(chǔ)存過(guò)多能量。而現(xiàn)在已找出穩(wěn)定性高、輸入電壓也可超過(guò) 1 伏特的材料，有望成為符合商業(yè)化與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。
該材料的穩(wěn)定性相當(dāng)高，研究測(cè)試指出，瑪士撒拉分子每日衰退率（fade rate）低于 0.01%，充放電循環(huán)衰退率也不到 0.001%，這些數(shù)據(jù)代表著分子的年衰退率有望低于 3%，在這期間充電機(jī)充電有機(jī)液流蓄電池可以充放電好幾萬(wàn)次。
且瑪士撒拉分子也具有可溶性、容易溶解在弱堿性電解質(zhì)中，如此一來(lái)不僅可以提高充電機(jī)充電蓄電池能量密度，薄膜與電解槽也不需要優(yōu)異的耐腐蝕特性，能降低材料的總成本。美國(guó)能源部?jī)?chǔ)能研究主任 Imre Gyuk 則表示，這項(xiàng)研究讓充電機(jī)充電液流蓄電池朝低成本與長(zhǎng)壽邁進(jìn)，而目前我們也相當(dāng)需要這類(lèi)型的設(shè)備，這樣才可以吸收大量的間歇型綠能電力。
充電機(jī)充電液流蓄電池可以?xún)?chǔ)存大量電力，有望在綠能儲(chǔ)能技術(shù)派上用場(chǎng)，而近日美國(guó)哈佛大學(xué)團(tuán)隊(duì)更成功改良有機(jī)化合物醌（quinones），打造出更高效與長(zhǎng)壽的充電機(jī)充電有機(jī)液流蓄電池，縮短該設(shè)備與商業(yè)化門(mén)坎的距離。
太陽(yáng)能與風(fēng)能為當(dāng)今備受歡迎的綠色能源，但這些技術(shù)皆為變動(dòng)型能源，若不想要電力供過(guò)于求或是供電不穩(wěn)，得找出有效且可大規(guī)模儲(chǔ)存電力的方式。其中鋰離子充電機(jī)充電蓄電池雖然為儲(chǔ)能技術(shù)龍頭，不過(guò)大范圍建置鋰離子充電機(jī)充電蓄電池儲(chǔ)能電廠將是一筆不菲的開(kāi)銷(xiāo)，廠商也需要定期更換充電機(jī)充電蓄電池。
充電機(jī)充電液流蓄電池或許會(huì)成為再生能源儲(chǔ)能明日之星。該系統(tǒng)運(yùn)作模式是將電子儲(chǔ)存在外部?jī)蓚?cè)的液態(tài)電解質(zhì)槽，充放電時(shí)電解質(zhì)會(huì)被幫補(bǔ)到中間的發(fā)電室，而發(fā)電室也會(huì)以薄膜隔開(kāi)兩種溶液、形成兩個(gè)電極，最后產(chǎn)生離子交換來(lái)發(fā)電。
該充電機(jī)充電蓄電池可以透過(guò)改變電解質(zhì)與薄膜尺寸來(lái)調(diào)整充電機(jī)充電蓄電池容量與電輸出，且由于充電機(jī)充電蓄電池兩側(cè)電解質(zhì)是分開(kāi)存放，相互滲漏與自身放電的機(jī)率都很低，因此安全性高、能量也可以長(zhǎng)久儲(chǔ)存，非常適合制作成大型儲(chǔ)能系統(tǒng)，只不過(guò)該設(shè)備目前的能量密度不高，還需要進(jìn)一步突破才能抵達(dá)商業(yè)化階段。
以往的充電機(jī)充電液流蓄電池也都是由溶于酸的釩和溴電解質(zhì)組成，這些化學(xué)品不僅成本高昂，也具有腐蝕性，因此不少科學(xué)家將目光從釩轉(zhuǎn)向有機(jī)化合物醌類(lèi)。該分子在自然界分布相當(dāng)廣泛，常見(jiàn)于光合作用與細(xì)胞呼吸中，可為動(dòng)植物儲(chǔ)存能量。
哈佛大學(xué)則致力于研發(fā)充電機(jī)充電有機(jī)液流蓄電池，2014 年以來(lái)已嘗試 1 萬(wàn)種醌類(lèi)，并測(cè)驗(yàn)過(guò)多種材料，像是用亞鐵氰化物取代溴、將酸性電解質(zhì)轉(zhuǎn)換為堿性混合物、用改良維生素 B2 當(dāng)作醌，2017 年更是調(diào)配出中性電解質(zhì)配方，只是這些研究付出仍無(wú)法讓充電機(jī)充電有機(jī)液流蓄電池跨越商業(yè)門(mén)坎。
不過(guò)目前似乎又有一線曙光，現(xiàn)在哈佛大學(xué)團(tuán)隊(duì)已改造一種醌類(lèi)，成功制造出壽命與效能兼具的充電機(jī)充電有機(jī)液流蓄電池設(shè)備。為表達(dá)材料的穩(wěn)定性與長(zhǎng)壽特質(zhì)，研究員還以《圣經(jīng)》中壽命最長(zhǎng)的人來(lái)為材料命名、稱(chēng)之為“瑪士撒拉（Methuselah）分子”。
哈佛材料科學(xué)教授 Michael Aziz 表示，以前團(tuán)隊(duì)也有制造出長(zhǎng)壽的充電機(jī)充電液流蓄電池，但是那些化學(xué)物質(zhì)可承受電壓較低，導(dǎo)致分子無(wú)法儲(chǔ)存過(guò)多能量。而現(xiàn)在已找出穩(wěn)定性高、輸入電壓也可超過(guò) 1 伏特的材料，有望成為符合商業(yè)化與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。
該材料的穩(wěn)定性相當(dāng)高，研究測(cè)試指出，瑪士撒拉分子每日衰退率（fade rate）低于 0.01%，充放電循環(huán)衰退率也不到 0.001%，這些數(shù)據(jù)代表著分子的年衰退率有望低于 3%，在這期間充電機(jī)充電有機(jī)液流蓄電池可以充放電好幾萬(wàn)次。
且瑪士撒拉分子也具有可溶性、容易溶解在弱堿性電解質(zhì)中，如此一來(lái)不僅可以提高充電機(jī)充電蓄電池能量密度，薄膜與電解槽也不需要優(yōu)異的耐腐蝕特性，能降低材料的總成本。美國(guó)能源部?jī)?chǔ)能研究主任 Imre Gyuk 則表示，這項(xiàng)研究讓充電機(jī)充電液流蓄電池朝低成本與長(zhǎng)壽邁進(jìn)，而目前我們也相當(dāng)需要這類(lèi)型的設(shè)備，這樣才可以吸收大量的間歇型綠能電力。
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