為了向用戶提供太陽能和風(fēng)能等清潔能源，當(dāng)陽光或者風(fēng)力不足的時候，需要一個可靠的備用儲能系統(tǒng)來提供電能。

而解決這個問題的辦法可能是采用多余的太陽能和風(fēng)能來儲能的解決方案，如今現(xiàn)在開發(fā)一種可以顯著提供儲能能力的化合物，這個化合物可以在陽光和風(fēng)力不足的情況下將多余的電能儲存起來使用。在將儲能的能源轉(zhuǎn)化成電能時，可以將攜帶相反電荷的化學(xué)溶液泵入固體電極，從而產(chǎn)生電子交換而提供電力。


這種被稱為氧化還原液流電池的技術(shù)的關(guān)鍵是尋找不僅能“攜帶”足夠的電荷，而且能長期儲存而不會降解的化學(xué)物質(zhì)，從而最大限度地儲能和發(fā)電，并最大限度地降低系統(tǒng)的充電成本。

美國羅徹斯特大學(xué)的研究人員與紐約州立大學(xué)布法羅分校的研究人員開展合作，并宣稱他們已經(jīng)研發(fā)了一個很有可能改變能源存儲的格局的化合物。

實驗室的研究人員化學(xué)助理教授艾倫·馬特森(Ellen Matson)在化學(xué)頂級期刊《Chemica lScience》(化學(xué)科學(xué))發(fā)表的一篇論文中描述了所研發(fā)的一種金屬氧化物團(tuán)簇，它具有很好的電化學(xué)特性，其儲能能力幾乎是當(dāng)前的氧化還原液流電池的電化學(xué)物質(zhì)儲能的兩倍。

報告的主要作者，馬特森實驗室三年級博士生勞倫·范戈爾德(Lauren VanGelder)說：“在文獻(xiàn)中，多金屬氧酸鹽的儲能應(yīng)用是非常少見的。在我們的研發(fā)成果推出之前，可能有一兩個例子，俁并沒有真正發(fā)揮這些成果的潛力。”

“這實際上是分子發(fā)展的一個尚未開發(fā)的領(lǐng)域，”Matson補充說。


應(yīng)用于風(fēng)能和太陽能的液流電池

這個金屬氧化物團(tuán)簇首先在德國化學(xué)家約翰·斯潘德爾(Johann Spandl)的實驗室中研發(fā)出來的，并研究了其磁性。范戈爾德進(jìn)行的測試表明，這個化合物可以將電荷儲存在氧化還原液流電池中，但并不像人們所期望的那樣穩(wěn)定。

然而，Matson所描述的“簡單的分子修飾”，通過采用乙醇基氧化物替換化合物的甲醇衍生的甲醇鹽團(tuán)簇，研究團(tuán)隊能夠擴大團(tuán)簇穩(wěn)定的電位窗口，可以更多地存儲在電池中的電能。

馬特森說：“這項工作真的很酷，我們可以通過使用甲醇和乙醇生成乙醇鹽和甲醇鹽團(tuán)簇。這兩種試劑價格低廉，容易獲得，并且使用安全。而其余組成部分的金屬和氧原子是地球豐富的元素。這個系統(tǒng)可以直接高效合成，是電荷載體發(fā)展的一個全新的方向，我們相信，這將在儲能領(lǐng)域樹立一個新的標(biāo)準(zhǔn)。”

這項研究進(jìn)行的電化學(xué)測試采用馬特森在實驗室中使用的設(shè)備和技術(shù)。因此，而布法羅大學(xué)化學(xué)助理教授蒂莫西·庫克(Timothy Cook)和庫克實驗室的四年級研究生安朱拉·科斯瓦塔拉奇(Anjula Kosswattaarachchi)也參與了研究。范戈爾德在Cook實驗室進(jìn)行測試設(shè)備的培訓(xùn)，并幫助科斯瓦塔拉奇合成化合物。

這兩個研究小組申請了美國國家科學(xué)基金會的資助，作為正在進(jìn)行的合作項目的一部分，將進(jìn)一步完善用于商業(yè)氧化還原液流電池的團(tuán)簇。

馬特森強調(diào)了范戈爾德在對團(tuán)簇進(jìn)行初步測試和實驗所發(fā)揮的“關(guān)鍵作用”。“作為一個三年級的研究生，她做了一個令人難以置信的工作，在推動實驗室的研究工作中發(fā)揮了重要的作用。”馬特森說。

馬特森去年獲得的一項大學(xué)生物技術(shù)基金使實驗室能夠購買研究所需的電化學(xué)設(shè)備。馬特森實驗室的Patrick Forrestal也參與了這項研究。