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西湖大學(xué)最新研究：用氨基酸降低電池容量衰減安全性較高的儲(chǔ)能系統(tǒng)

2021-02-02 13:50:01來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

為滿足人類能源需求

，發(fā)展清潔的可再生能源已是大勢(shì)所趨

。而高效地利用可再生能源，又依賴儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。

記者1月20日從西湖大學(xué)了解到

，西湖大學(xué)理學(xué)院特聘研究員王盼課題組及其合作團(tuán)隊(duì)利用氨基酸發(fā)展了新型仿生設(shè)計(jì)水溶性吩嗪類化合物

，賦予水系有機(jī)液流電池體系極低的電池容量衰減。

該研究提供了一種新型高穩(wěn)定性水系有機(jī)分子結(jié)構(gòu)骨架設(shè)計(jì)策略

，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)構(gòu)建高性能水系液流電池提供了重要理論依據(jù)

。這一最新成果日前作為封面文章發(fā)表于《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》期刊。

安全性較高的儲(chǔ)能系統(tǒng)

“作為液流電池的一種

，水系有機(jī)液流電池使用水作為介質(zhì)

，是具有較高安全性的儲(chǔ)能系統(tǒng)。”王盼說(shuō)

，液流電池可以將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能進(jìn)行儲(chǔ)存

，它通過(guò)活性物質(zhì)在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)來(lái)儲(chǔ)存和釋放能量

。

研究人員介紹，水系有機(jī)液流電池的活性材料

，來(lái)源于自然中儲(chǔ)量豐富的碳

、氮

、氧等元素，這些元素在分子結(jié)構(gòu)上可編輯可調(diào)節(jié)

，能夠通過(guò)有機(jī)官能團(tuán)得失電子的氧化還原行為

，完成化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化

。

而有機(jī)分子中的多電子轉(zhuǎn)移及其多樣的可設(shè)計(jì)性

，賦予了水系有機(jī)液流電池獨(dú)特靈活的優(yōu)勢(shì)，使之成為液流電池發(fā)展的新趨勢(shì)

。

“在水系液流電池領(lǐng)域，一系列基于蒽醌

、紫羅堿

、二茂鐵、氮雜芳環(huán)等有機(jī)結(jié)構(gòu)骨架的分子

，已展現(xiàn)了較為良好的性能和應(yīng)用前景。”王盼說(shuō)

，然而

，目前絕大部分研究工作都是基于商業(yè)可得的已知功能染料分子;基于吩嗪類有機(jī)結(jié)構(gòu)骨架的衍生物，在前序報(bào)道中僅有幾個(gè)例子

，均存在水溶性差和不穩(wěn)定等問(wèn)題

，且該類化合物衰減機(jī)理尚不明確

。

低衰減的新紀(jì)錄保持者

為改進(jìn)現(xiàn)狀

，西湖大學(xué)研究人員將目光投向自然界來(lái)源廣泛的氨基酸。

該課題組將氨基酸作為功能化基團(tuán)引入吩嗪骨架

，利用氨基酸的水溶性特點(diǎn)及給電子特性，合成了一系列水溶性吩嗪類衍生物(AFP)

。之后

，研究人員系統(tǒng)地探究了“AFP家族”不同成員——即不同支鏈及不同位置的氨基酸——對(duì)水系液流電池性能的影響。

“研究表明

，1,6-AFP具有穩(wěn)定的氧化態(tài)和還原態(tài);1,8-AFP、2,7-AFP同樣具有穩(wěn)定的氧化態(tài)

，但其還原態(tài)易于發(fā)生氫的互變異構(gòu)

，失去氧化還原活性并進(jìn)一步降解，在電池測(cè)試中其容量迅速衰減

。”王盼介紹。

課題組還對(duì)該類化合物的衰減機(jī)制做了詳盡分析

。研究發(fā)現(xiàn)

，明星分子1,6-AFP在pH8,1M電子濃度下，在水系液流電池長(zhǎng)時(shí)間的恒壓充放循環(huán)過(guò)程中表現(xiàn)優(yōu)異

。

“在實(shí)驗(yàn)測(cè)試99天之后，通過(guò)核磁及電化學(xué)手段并沒有觀察到任何化學(xué)分解

。該液流電池具有極低的容量衰減(0.0015%每天)

，在長(zhǎng)時(shí)間充放電的狀態(tài)下，僅表現(xiàn)出每年0.5%的衰減。”王盼說(shuō)

。

研究人員表示，這是目前所有報(bào)道中

，水系有機(jī)液流電池低衰減的新紀(jì)錄保持者

，在水系儲(chǔ)能系統(tǒng)中具有重要應(yīng)用價(jià)值。(通訊員徐珊記者劉園園)

責(zé)任編輯：孫知兵

關(guān)鍵詞：氨基酸電池容量衰減

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