Viologen 氧化还原液流电池可替代钒

目前已经开发出一种技术，可以用一种更便宜的物质取代大容量 ESS“氧化还原液流电池”中的活性物质。

韩国能源研究所储能研究部的 Seunghae Hwang 博士研究团队通过引入取代活性材料、提高溶解度和稳定性的功能基团，成功提高了一种著名的大容量储能设备——氧化还原液流电池的性能和循环寿命。

为了扩大太阳能和风能等可再生能源的使用，需要一个长期的能源存储系统，该系统可以在有利天气条件下存储8小时以上的电力，并在必要时重新使用。

其中，与常用的锂离子电池相比，氧化还原液流电池具有更低的风险和超过20年的循环寿命，因此全球范围内正在积极研究该电池。韩国也致力于开发低成本、高效率的技术，以便在2030年左右得到广泛应用。

尽管钒目前已作为氧化还原液流电池的活性材料商业化，但其有限的储量促使人们最近研究其替代品。由碳和氧等天然元素制成的有机化合物(如紫罗碱)因其价格低廉和替代钒的潜力而尤为引人注目。

然而，紫罗兰精的缺点是溶解度低，这会降低整体能量密度，并且它们在重复充电和放电时不稳定，因此需要开发技术来克服这些问题。

为了解决这些问题，研究人员在紫罗碱中引入了功能基团，这些功能基团像组装块一样与紫罗碱紧密贴合，提高了紫罗碱的溶解性和稳定性。

为了提高紫罗碱的溶解性，研究人员引入了具有亲水特性的磺酸盐和酯基官能团，这两种官能团通过与紫罗碱表面的水(电解质)分子相互作用，在分子间产生吸引力，从而促进紫罗碱在水中的分散。

紫罗精的结构类似三明治，由两个分子层组成。在充电过程中，这些分子层经常结合在一起，变成一种不再能储存能量的结构。

为了解决这个问题，研究人员引入了α-甲基功能团作为障碍。这些功能团在层状结构中引入了扭曲，并在分子间产生排斥力，抑制了副反应，从而提高了储能的效率和稳定性。

研究人员将开发的活性物质应用于液流电池后，证实与钒液流电池相比，能量密度提高了两倍以上。此外，经过200次充放电循环后，电池的库仑效率(放电容量相对于充电容量)达到99.4%，容量保持率达到92.4%，性能和稳定性均有所提高。

该研究成果论文的第一作者黄博士表示：“为了应对气候变化和扩大可再生能源的使用，有必要通过开发具有价格竞争力和长循环寿命的氧化还原液流电池来促进能源储存。”

她补充道：“这项研究使得设计出既经济又耐用的活性材料成为可能，有助于实现氧化还原液流电池的早期商业化。”

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