科學家打造出首款由全有機材料製成的氧化還原液流電池

作為可再生能源的存儲解決方案,科學家們看到了所謂的氧化還原液流電池的巨大潛力,這種電池在大型儲罐中而不是在緊湊的電極材料中儲存能量。瑞典林雪平大學的一項新設計是這項技術的絕對環保版本,將稀缺的金屬和合成聚合物換成全天然材料。

科學家打造出首款由全有機材料製成的氧化還原液流電池

當涉及到可再生能源的間歇性時,氧化還原液流電池是鋰離子電池的一個很有前景的替代品,原因是它們可以以相對較低的成本存儲大量的能量。鋰離子電池將能量存儲在其電極中,因此容量受到設備大小的限制,而氧化還原液流電池則可以將能量存儲在巨大的外部儲罐中,一次可存儲數月。

然而,有些東西對氧化還原液流電池的生態認證沒有幫助,那就是它們使用了一種稀缺而昂貴的金屬–釩。這種金屬是電解質溶液的基礎,在充電和放電過程中提供了很好的可靠性,但一些研究人員認為水基電解質是一種更環保的選擇,包括德國世界上最大的氧化還原液流電池背後的團隊。

科學家打造出首款由全有機材料製成的氧化還原液流電池

另一個有改進空間的領域是氧化還原液流電池的電極,它通常由一種稱為碳化聚丙烯腈的合成聚合物製成。我們已經看到了一些創造性的方法,以更可持續的方式生產這些組件,包括麻省理工學院的一項研究,旨在用蝦殼中的成分製作它們。但現在林雪平大學的團隊提出了另一種解決方案,同時解決了電解質問題,生產出了其所稱的第一種全有機氧化還原液流電池。

該團隊的氧化還原液流電池採用的電極是由PEDOT製成的,PEDOT是一種有機和導電聚合物,我們也看到它被用於先進的鋰離子電池設計,甚至是儲存能量的 「智能磚」。工程師們對PEDOT聚合物進行了摻雜,使其能夠傳輸電池的正負離子,並與含有醌類分子的水基電解液很好地配合,而醌類分子在森林材料中天然存在。

科學家打造出首款由全有機材料製成的氧化還原液流電池

「醌類化合物可以從木材中提取,但在這里,我們使用了相同的分子,以及導電聚合物PEDOT的不同變體,」研究作者Viktor Gueskine說。「事實證明,它們之間高度兼容,這就像是來自自然界的禮物。」

研究小組發現,PEDOT電極和醌基電解質共同促進了電池中質子和電子的流動,不過要注意的是,這種設計並沒有提供像含釩的版本那樣高的能量密度。從好的方面來看,他們聲稱他們的設備非常便宜,完全可以回收,而且絕對安全,這為在家庭中安裝這樣的電池作為電動汽車的電源庫提供了可能。

科學家們在他們的研究中寫道:「由於電極、膜和反應物都是基於有機物的,我們可以真正宣稱其是第一款『全有機』氧化還原液流電池。」該研究發表在《先進功能材料》雜志上。

來源:cnBeta