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研究人員研發(fā)了一種‘universal descriptor’的物質(zhì)有助于電解液在氧化還原液流電池中的最佳使用。

研發(fā)人員開發(fā)了一種叫做‘universal descriptor’的物質(zhì)，以幫助他們確定用于電網(wǎng)規(guī)模蓄電池優(yōu)化設計的新電解液。

圣路易斯華盛頓大學（Washington University in St. Louis）的團隊研發(fā)技術(shù)，可以確定哪些材料適合用作有機氧化還原液流電池（ORFB）的電解液。這些類型的電池是目前儲存可再生能源（例如，太陽能）的最有效方式之一，可用于傳統(tǒng)電網(wǎng)。

氧化還原液流電池系統(tǒng)的設計成本通常比鋰離子電池低，因為它們使用廉價的有機材料作為電池的陰極和陽極。

Vijay Ramani是圣路易斯華盛頓大學麥凱維工程學院的著名大學教授，實驗室的研究人員正在研究一種氧化還原液流儲存系統(tǒng)，該系統(tǒng)廣泛使用除草劑紫精（viologen）作為活性材料。Ramani實驗室博士Kritika Sharma說他們需要找到一種能夠為系統(tǒng)產(chǎn)生最佳反應的電解液。

Kritika Sharma在新聞聲明中說：“如果使用這種有機活性材料，需要決定的是我們應該將其溶解在什么電解液中才可以使電池效能最大化。”

通常要做到這點需要對各種材料進行大量試驗，這就意味著在反復試驗中需要投入大量的時間和資源。


由BTMAP-Fc陰極電解質(zhì)和BTMAP-Vi陽極電解質(zhì)組成的的有機氧化還原液流電池原理圖（包括陰離子交換膜分離器）。充電過程中的電子和離子流用實線表示，放電過程中的等效流用虛線表示。

簡化流程

研究人員在《Proceedings of the National Academy of Sciences》論文摘要中寫道：該研究團隊設計出一種方法，利用Born方程式結(jié)合電解液成分計算溶劑重組能的方法，來預測電解液的設備性能，使該過程更快速、更省力。

研究人員在論文中還寫道：‘universal descriptor’是通過電解液組成和pH值范圍內(nèi)的關(guān)鍵傳輸和動力學特性相關(guān)而發(fā)現(xiàn)的，從而發(fā)現(xiàn)了電解質(zhì)鹽和溶劑之間的多組分相互作用。通過最少的實驗次數(shù)就可以得到最初的高通量篩選電解液材料。

研究人員觀察了兩種活性物質(zhì)，其中包括二氯二茂鐵（ferrocene dichloride）陰極和四氯化丙基紫精（propyl viologen tetrachloride）陽極，以及中性和酸性pH下的6種電解質(zhì)（硫酸、鹽酸、甲烷磺酸、硫酸鈉、氯化鈉和甲烷磺酸鈉）。

研究人員發(fā)現(xiàn)通過使用‘universal descriptor’的這些組合具有最互補的化學和電池性能特征，例如低放電極化和高開路電壓。

德州大學圣安東尼奧分校（University of Texas at San Antonio）化學工程助理教授Shrihari Sankarasubramanian也參與這項研究，他曾表示與甲烷磺酸鹽（methane sulfonate）或氯化物抗衡離子（chloride counterions）的低pH電解液效果最好。

他在新聞聲明中說：“我們能夠在實驗室進行一小時的實驗來預測這一點，而不需要幾天甚至幾周。”

用于未來設計

研究人員表明對于使用‘universal descriptor’還需要完成更多的研究，到目前為止所有的結(jié)論都只是來自有限的組合。

Sharma博士表示：‘universal descriptor’可以被普遍化的，因為該物質(zhì)是基于活性物質(zhì)與電解液之間的，并與系統(tǒng)中動力學和傳輸性能相關(guān)。這意味著‘universal descriptor’已經(jīng)可以用于預測有機活性物質(zhì)的最佳電解質(zhì)，從而更加高效的開發(fā)新儲能技術(shù)。.

Sharma曾在新聞聲明中說道：“當間歇性太陽能和風能發(fā)電機占主導地位時，電網(wǎng)規(guī)模儲能需要一個更穩(wěn)定的電網(wǎng)。我們研發(fā)的‘universal descriptor’可以加速新儲存方案的開發(fā)。”

中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會 楊柳翻譯

原標題：使用這種新方法可以改進電網(wǎng)存儲優(yōu)化材料