钜大LARGE | 点击量：221次 | 2023年07月11日
PNNL发现蜡烛中的一种化合物拥有巨大的储能潜力 有望开发更廉价的储能电池
一种广泛应用于蜡烛中的化合物提供了一个更现代的能源挑战的希望，储存大量的能量在需要时被送入电网。
美国能源部太平洋西北国家实验室的科学家们已经证明，低成本的有机化合物有希望储存电网能源。普通芴酮，一种亮黄色的粉末，起初是一个不情愿的参与者，但有足够的化学条件下，它已被证明是流式电池系统（为电网储存能量的大型系统）储能的有力伙伴。
这种存储的发展是至关重要的。例如，当电网因恶劣天气而断电时，正在开发的大型电池将启动，提高电网的复原力，并最大限度地减少中断。这些电池还可以用来储存来自风能和太阳能的可再生能源，以便在风平浪静或没有阳光的时候使用。
由美国能源部电力办公室支持的这项研究的细节，发表在5月21日的《科学》杂志上。
能源部电力办公室储能主任ImreGyuk说："液流电池技术是能源部在未来十年内降低电网储能成本目标的一个关键部分。"进展迅速，成本已大幅下降，但还需要进一步研究，以使电网规模的储能广泛使用。"
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
用于电网的液流电池：走向有机
科学家们在创造更好的电池方面取得了巨大的进步--以更低的成本储存更多的能量，并且比以前的时间更长。其结果触及我们生活的许多方面，转化为更有弹性的电网、更持久的笔记本电池、更多的电动汽车，以及更多地使用来自吹来的风、闪耀的太阳或流动的水的可再生能源。
对于电网规模的电池来说，确定正确的材料并将它们结合起来创造一个新的储能配方，是世界利用和储存可再生能源能力的关键一步。最广泛使用的电网规模的电池使用锂离子技术，但这些电池很难以对电网最有用的方式进行瞬间定制，而且存在安全问题。氧化还原液流电池是一个不断增长的替代品；然而，大多数使用钒，而钒是昂贵的，不容易获得，而且容易受到价格波动的影响。这些特点对广泛的电网规模的能源储存构成了障碍。
液流电池的替代材料包括有机分子，它们比钒更容易获得、更环保、更便宜。但是，有机物还不能很好地满足液流电池技术的要求，通常比要求的速度更快。分子的长期稳定性是很重要的，这样它们就能在许多年内保持其进行化学反应的能力。
这些有机材料是由最常见的材料--碳、氢和氧组成的，PNNL的科学家，领导流动电池团队的王伟说："他们很容易获得，不需要像钒这样的物质那样被开采。这使得它们对电网规模的能源储存非常有吸引力。"
在《科学》论文中，Wang的团队证明了低成本的有机芴酮，令人惊讶的是，它不仅是一个可行的候选者，而且在涉及能源储存时表现突出。
在模仿现实世界条件的实验室测试中，PNNL的电池连续运行了120天，只有在与电池本身无关的其他设备磨损时才结束。该电池经历了1111个完整的充电和放电周期--相当于在正常情况下运行数年--并且损失了不到3%的能量容量。其他基于有机的液流电池的运行时间要短得多。
该团队创造的液流电池只有大约10平方厘米，大约是一张大邮票的大小，并发出大约500毫瓦的功率，甚至不足以为手机摄像头供电。但是这个微小的结构体现了巨大的前景：它的能量密度是目前使用的钒电池的两倍以上，而且它的化学成分价格低廉，持久耐用，可以广泛使用。
分子工程使芴酮发生逆转
这项技术的发展得益于一组科学家，包括第一作者冯若珠、技术负责人张欣等人。
PNNL的科学家在开发今天使用的钒基流动电池方面发挥了重要作用。几年前，由于有机分子的广泛应用和低成本，研究小组将注意力转向了有机分子。2018年，张加入了这个团队，作为对储能材料进行调整的一部分，他从之前的LED研究中获得了对芴酮的深入了解。
芴酮也被用于太阳能电池板、治疗疟疾的药物和蜡烛中，使它们散发出令人愉快的气味。它价格低廉，是煤焦油和苯甲酸（一种常见的食品添加剂）生产过程中产生的废物。
张把他的注意力集中在芴酮作为水性（水基）流动电池的关键不问，但也存在障碍。首先，这种分子的水溶性不够。分子在水溶液中没有表现出氧化还原可逆性；也就是说，科学家们还没有证明它既能很容易地接受电子，又能提供电子，这是流动电池的两个相辅相成的强制性步骤。
冯创造了一系列复杂的化学步骤，王称之为“分子工程”——将芴酮转化为氧化还原可逆的水溶性化合物。对于芴酮来说，这一过程的一部分很容易实现：在一个称为还原的过程中获得一个电子。但是，在合适的化学条件下，这一过程的另一半发生了氧化，失去了一个电子，从而使这一过程可逆并适合于储能。
出乎意料的是，冯发现芴酮进行可逆反应的能力取决于它的浓度更多的物质溶解在水中使可逆性成为可能。科学家以前从未在有机分子上见过这种现象。
这是一个伟大的示范，利用分子工程改变一种材料，从一个普遍认为不可能使用到一些有用的能源储存，王说这开辟了我们可以探索的重要的化学新空间。
研究小组还增加了芴酮在水中的溶解度，从几乎0到1.5摩尔每升，这取决于对化合物的修饰。水基液流电池的溶解度至关重要；这种物质在水中溶解得越多，就越有可能成为电池核心电子交换的化学伙伴。
PNNL正在鼓励基于芴酮的水性氧化还原液流电池的商业化，作为第一步，已经申请了这项创新的专利。
流动电池方面的工作是PNNL开发和测试电网规模储能新技术大型项目的一部分。今年早些时候，PNNL被选为GridStorageLaunchpad的所在地。GridStorageLaunchpad是美国能源部电力办公室（DOE'sOfficeofelectronic）创建的一个设施，旨在加速大型网格电池的开发和测试。一个主要目标是增加现成材料的使用，降低成本，使可再生能源的储存时间更长。
