更高效电池不是梦!科学家找到预测最佳电解质的新方法

可再生能源领域的进展速度不仅受到从太阳、风、海洋或地球辐射热中获取能量的技术限制，还受到在能量被利用后有效储存和部署的能力限制。

开发可扩展以满足电网需求的可靠电池的主要障碍是材料成本，以及寻找最佳材料。

近日，圣路易斯华盛顿大学，麦凯维工程学院RomaB.&RaymondH.Wittcoff的杰出大学教授VijayRamani实验室的一个研究小组开发了一种方法来确定哪些材料适合作为用于电网规模储能的任何有机氧化还原液流电池(ORFB)的关键组件：电解质。

该研究于8月20日发表在美国国家科学院院刊(PNAS)上。

由BTMAP-Fc阴极电解液和BTMAP-Vi阳极电解液组装的ORFB示意图，其中包含阴离子交换膜分离器。支持电解质中的pH值和阴离子组合列于示意图下方。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。：拉马尼实验室

有机氧化还原液流电池(ORFB)成本低。他们的设计使每单位大规模储存的电力比锂离子电池便宜，并且它们使用廉价的有机材料作为电池活性物质（阴极和阳极）。

“在我们的系统中，我们使用紫精，它被广泛用作除草剂并且非常便宜，”第一作者，拉马尼实验室的博士生KritikaSharma说：。“如果我们使用这种有机活性物质，那么主要的决定是，'我们将它溶解在什么电解质中以最大限度地提高电池效率？'”

传统上，回答这个问题需要进行大量反复试验和分析。然而，Ramani的团队发现，有可能消除大部分工作：一个通用描述词，表明哪种电解质与有机活性物质搭配得最好。

除了Sharma之外，由ShrihariSankarasubramanian和JavierParrondo组成的Ramani的研究团队研究了两种活性物质（二氯化二茂铁阴极和丙基四氯化紫罗碱阳极）和六种电解质（硫酸；盐酸；甲磺酸；硫酸钠；氯化钠；和甲烷磺酸钠）在中性和酸性pH值下。他们发现他们的通用描述符表明了具有最互补的化学和电池性能特征的组合——低放电极化和高开路电压。

“我们的描述词，即溶剂重组能，使我们能够证明具有甲磺酸盐或氯化物反离子的低pH电解质效果最好，”该论文的联合第一作者、德克萨斯大学圣安东尼奥分校化学工程助理教授Sankarasubramanian说：“我们能够通过在实验室中进行一小时的实验而不是通常的几天或几周来预测这一点。”

尽管该论文显示了有限数量组合的结果，但Sharma表示，该描述符可以概括，因为它基于活性物质和电解质之间的基本关系，并将系统中的动力学和传输特性相关联。

有了一种通用的方法来预测给定有机活性物质的最佳电解质，新存储技术的开发将变得更加有效——而且不会太快。

“当间歇性太阳能和风能发电机占主导地位时，需要电网规模的储能才能拥有稳定的电网，”Sharma说：“我们的通用描述符可以帮助加快新存储解决方案的开发。”