哈佛科学家在有机液流电池中添加“长寿”分子

随着太阳能和风能近年来掀起价格革命，储能倒成了大问题。人们需要一种大型、廉价而耐用的电池，在日落之后、风停之后提供电力。近日发表在《焦耳》(Joule)杂志上的一篇论文介绍道，哈佛大学的研究人员利用一种有机“长寿”分子制作出液流电池，储存的能量可以为整座城市供电。该电池既解决了全钒液流电池的成本问题，又突破了有机液流电池的寿命瓶颈。所谓的液流电池和手机里的锂电池一样，都由将电解质中存储的能量转换成电能的电极对，以及将电荷从一个电极传送到另一个电极的电解质组成。不过，传统电池将电极对和电解质一起封装，液流电池则将正负电极分开，电解液各自循环。这些电解液储存在任意大小的外部容器中，在使用时泵入电极。因此，液流电池的充电容量可以提高到百万瓦特级别。全钒液流电池是现在主流的一种液流电池，比锂离子电池更安全，更便宜，更耐用。然而，担任电解质的钒金属颗粒比较昂贵，化学家一直试图用一类名为“醌”的有机化合物作为替代品。使用这类有机物制作电解质，成本仅为全钒液流电池的三分之一，但它们在反复充放电后损耗很快，无法达到工业界的要求。这是有机液流电池无法商业化的主要原因。

哈佛大学科学家发明的新型“长寿”有机液流电池因此，哈佛大学材料科学家迈克尔·阿齐兹(Michael Aziz)和他的团队开始着手提高醌的寿命。他们发现，在原有的醌中添加两个羧酸基团，就更易溶于碱性溶液。如此，他们就可以使用酸碱值更低、化学强度更低的溶液，减少电解质损耗。使用新型醌的液流电池年损耗率下降到了3%左右，而以前的醌液流电池一天就要损耗这么多。阿齐兹团队给这种新型醌起了个别名叫“玛士撒拉”分子。玛士撒拉分子是圣经旧约里提到的一个长寿的族长，活了969岁。阿齐兹团队目前还没有研究过“玛士撒拉”醌的量产成本，如果和传统的醌成本差不多的话，那有机液流电池就达到了商业化的要求。“他们设计的这种醌很好，”犹他州立大学化学家刘天骠评价道，他也在研究液流电池。不过，他指出液流电池都要使用两种不同的电解质，阿齐兹团队只解决了其中一种电解质的损耗问题，另外一种电解质的损耗问题仍待攻克。如果学界最终能“双管齐下”克服寿命问题，大量有机液流电池将在电网储能和调峰中担当重任，真正让全世界实现可持续能源转型。