最新研究发现栅极级电池中促进电子转移可能提高电池存储的能量

密歇根大学的一项最新研究表明，在栅极级电池中促进电子转移的方法与研究人员所认为的不同。这一发现是朝着更有效地储存可再生能源迈出的一步。

随着世界各国政府和公共事业部门推出风能和太阳能等间歇性可再生能源，我们仍然依赖煤炭、天然气和在风不刮、太阳不照的情况下提供能源。电网规模的“流动”电池是一个建议的解决方案，储存能量供以后使用。但因为它们效率不高，所以它们需要大而昂贵。

在液流电池中，能量储存在一对“电解液”中，电解液保存在电池的槽中，通过电池的工作部分来储存或释放能量。活性金属从两侧的电极获得或失去电子，这取决于电池是充电还是放电。一个效率瓶颈是电子在电极和活性金属之间移动的速度有多快。

该研究的第一作者、化学工程博士生哈什·阿加瓦尔说：“通过最大化电荷转移，我们可以降低流式电池的整体成本。”他在化学工程助理教授尼拉辛格的实验室工作。

研究人员一直在尝试不同的化学组合来改善它，但他们并不真正知道在分子水平上发生了什么。这项发表在《细胞报告物理科学》上的研究是最早对其进行探索的研究之一。

辛格的研究小组发现，与研究人员所相信的相反，酸中带负电的分子团并没有为电池负极上发生的电子转移提供更多的点。相反，他们降低了这种转移的能量屏障，充当了液体钒中活性金属与电极之间的桥梁。这有助于钒放弃它的电子。

液流电池将一对“电解质”液体储存在不同的槽中。当液体流过电池的工作部分时，电池储存或释放能量。活性金属从两侧的电极获得或失去电子，这取决于电池是充电还是放电。电子转移的速度影响电池的效率。

NiralaSingh说：“我们的研究结果表明，桥接可能在使用过渡金属的其他流电池化学中起着关键作用，但尚未得到充分的研究。这一发现不仅与储能有关，也与腐蚀和电沉积领域有关。”

研究表明，通过控制液体电解质中的酸与活性金属的结合程度，可以调节液流电池的反应速率。

阿加瓦尔说：“研究人员可以将这一知识应用于电解液工程或电催化剂开发，两者都是可持续能源领域的重要学科。”

Agarwal和Singh测量了五种不同酸性电解质中钒与电极的反应速率。为了更清楚地了解原子水平上的细节，研究小组使用了一种称为密度泛函理论的量子力学模型来计算钒酸组合与电极的结合程度。这部分研究是由道康宁化学工程助理教授、论文合著者布莱恩·戈德史密斯和在戈德史密斯实验室工作的化学工程高级本科生雅各布·弗洛里安共同完成的。

在阿贡国家实验室，阿加瓦尔和辛格利用X射线光谱学发现了钒离子与不同酸接触时如何自我配置的细节。密度泛函理论计算有助于解释X射线光谱测量。这项研究也提供了第一个直接的实验验证水是如何附着在钒离子上的。

这项研究的题目是“阴离子架桥对V2+/V3+异质电荷转移的影响”