研究人员研发了一种‘universal descriptor’的物质有助于电解液在氧化还原液流电池中的最佳使用。

研发人员开发了一种叫做‘universal descriptor’的物质，以帮助他们确定用于电网规模蓄电池优化设计的新电解液。

圣路易斯华盛顿大学（Washington University in St. Louis）的团队研发技术，可以确定哪些材料适合用作有机氧化还原液流电池（ORFB）的电解液。这些类型的电池是目前储存可再生能源（例如，太阳能）的最有效方式之一，可用于传统电网。

氧化还原液流电池系统的设计成本通常比锂离子电池低，因为它们使用廉价的有机材料作为电池的阴极和阳极。

Vijay Ramani是圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院的著名大学教授，实验室的研究人员正在研究一种氧化还原液流储存系统，该系统广泛使用除草剂紫精（viologen）作为活性材料。Ramani实验室博士Kritika Sharma说他们需要找到一种能够为系统产生最佳反应的电解液。

Kritika Sharma在新闻声明中说：“如果使用这种有机活性材料，需要决定的是我们应该将其溶解在什么电解液中才可以使电池效能最大化。”

通常要做到这点需要对各种材料进行大量试验，这就意味着在反复试验中需要投入大量的时间和资源。

 

由BTMAP-Fc阴极电解质和BTMAP-Vi阳极电解质组成的的有机氧化还原液流电池原理图（包括阴离子交换膜分离器）。充电过程中的电子和离子流用实线表示，放电过程中的等效流用虚线表示。

简化流程

研究人员在《Proceedings of the National Academy of Sciences》论文摘要中写道：该研究团队设计出一种方法，利用Born方程式结合电解液成分计算溶剂重组能的方法，来预测电解液的设备性能，使该过程更快速、更省力。

研究人员在论文中还写道：‘universal descriptor’是通过电解液组成和pH值范围内的关键传输和动力学特性相关而发现的，从而发现了电解质盐和溶剂之间的多组分相互作用。通过最少的实验次数就可以得到最初的高通量筛选电解液材料。

研究人员观察了两种活性物质，其中包括二氯二茂铁（ferrocene dichloride）阴极和四氯化丙基紫精（propyl viologen tetrachloride）阳极，以及中性和酸性pH下的6种电解质（硫酸、盐酸、甲烷磺酸、硫酸钠、氯化钠和甲烷磺酸钠）。

研究人员发现通过使用‘universal descriptor’的这些组合具有最互补的化学和电池性能特征，例如低放电极化和高开路电压。

德州大学圣安东尼奥分校（University of Texas at San Antonio）化学工程助理教授Shrihari Sankarasubramanian也参与这项研究，他曾表示与甲烷磺酸盐（methane sulfonate）或氯化物抗衡离子（chloride counterions）的低pH电解液效果最好。

他在新闻声明中说：“我们能够在实验室进行一小时的实验来预测这一点，而不需要几天甚至几周。”

用于未来设计

研究人员表明对于使用‘universal descriptor’还需要完成更多的研究，到目前为止所有的结论都只是来自有限的组合。

Sharma博士表示：‘universal descriptor’可以被普遍化的，因为该物质是基于活性物质与电解液之间的，并与系统中动力学和传输性能相关。这意味着‘universal descriptor’已经可以用于预测有机活性物质的最佳电解质，从而更加高效的开发新储能技术。.

Sharma曾在新闻声明中说道：“当间歇性太阳能和风能发电机占主导地位时，电网规模储能需要一个更稳定的电网。我们研发的‘universal descriptor’可以加速新储存方案的开发。”

中国化学与物理电源行业协会 杨柳翻译

2021.11.4