哈佛大學開發出液體電池，壽命超十年，無需時常維護
來自哈佛大學的 John A. Paulson 工程與應用科學學院（SEAS）的研究人員研發出了一種新型液體電池，這種電池的電能儲存在溶解於中性 pH 溶液裏的有機分子中。這種新型化學電池無毒、無腐蝕性，並且擁有相當長的使用壽命，還能顯著降低電池的生產成本。
該研究項目由 Michael Aziz——基因工程與材料和能源技術教授，以及 Roy Gordon——化學與材料科學教授共同領導，研究內容也刊登在美國化學學會能源刊物上。
液體電池的能量存儲在外置罐裏的液體溶液中，這種罐的容積越大，電池所能存儲的能量就越多。液體電池所利用的能源是可再生資源或間歇性能源（如風能和太陽能）。但是目前的液體電池經過多次充電/放電的循環後，存儲能量的能力就會大打折扣，必須要進行定期維護電池的電解質以保證存儲容量的穩定。
這個哈佛團隊改變了正電解質溶液和負電解質溶液中分子的結構，並將其溶解於水中，設計出了這種「每 1000 次循環僅損失存儲容量百分之一」的液體電池。
Aziz 説：「鋰電池經過 1000 次充電/放電的循環過程後都不會有該液體電池這樣出色的表現。」
Gordon 説：「我們能夠將電解質溶解在中性水中，這是一種持久的電池，你可以把它放在你的地下室裏，如果它的液體灑在地板上也不必擔心，因為它的介質是無腐蝕性的，不會破壞混泥土結構，你甚至可以找來更便宜的材料來構建電池的組件，例如水槽和泵。」
降低電池的製作成本是很有必要的。能源部（DOE）設定了一個目標，即研發一種儲能電池使其消耗的費用要少於 100 美元/千瓦時，而這一目標也將使風能和太陽能與傳統發電廠產生的能源一較高下。
Aziz 説：「如果你能接近這個成本目標，你就能改變世界。如果把這種電池應用在各個領域中，將為我們節省極大的成本。這項研究使我們距離實現這一目標又更近了一步。」
美國能源部電力處能源存儲研究主管 Imre Gyuk 説：「這項關於水溶性有機電解質的研究對於未來電池的發展具有重要意義，指明瞭發展方向與方式，不僅有效提高了電池的循環壽命，還大大降低了製作成本。我預計，高效又持久的液體電池將成為電網基礎設施的標準。」
博士後研究員以及此論文的第一作者 Eugene Beh 指出，設計這種液體電池的關鍵是要弄清為什麼以前電池中的分子在中性溶液中會迅速降解，首先要明確負電解質中的紫羅鹼分子是如何分解的。Beh 改變了其分子結構使其更具復原力。
接下來，該團隊將研究重點轉向了二茂鐵——一種具有電化學性能的分子，並將其作為正電解質。
Beh 説：「二茂鐵非常適合儲存電荷，但完全不溶於水，它常與有機溶劑一起裝在其他電池裏，但這種物質具有易燃性並且價格昂貴。」
與分析紫羅鹼類似，該團隊分析過二茂鐵分子的性質後，將其不溶性分子轉變成可以進行穩定循環的高度可溶性分子。
Aziz 説：「水溶性二茂鐵代表了用於液體電池的一種全新的分子類型。」
pH 中性溶液有助於降低分離電池離子選擇透過性膜的成本。目前大多數的液體電池都在使用一些非常昂貴的聚合物，目的是要承受住電池內活躍性化學物質的反應。這些聚合物的費用佔到整個裝置總成本的三分之一。在膜的兩側上基本上都填充了鹽水，而那些昂貴的聚合物可以由廉價的烴代替。
這份研究報告由 Diana De Porcellinis、Rebecca Gracia 和 Kay Xia 共同執筆。並得到了美國電力輸送部、能源應用部以及美國能源部高級研究計劃署能源部的支持。
在哈佛的技術開發處（OTD）的幫助下，這幾位研究人員正在與幾家公司合作，擴大自己的研發產品的應用領域，將其運用在工業技術中，並對選擇透過性膜和電解質之間的相互反應進行優化。哈佛 OTD 已經提交了一系列亟待批准的關於液體電池技術創新的專利文件。
Via. seas.harvard
雷鋒網版權文章，未經授權禁止轉載。詳情見轉載須知。
資料來源：雷鋒網
作者/編輯：蔡羽佳
該研究項目由 Michael Aziz——基因工程與材料和能源技術教授，以及 Roy Gordon——化學與材料科學教授共同領導，研究內容也刊登在美國化學學會能源刊物上。
液體電池的能量存儲在外置罐裏的液體溶液中，這種罐的容積越大，電池所能存儲的能量就越多。液體電池所利用的能源是可再生資源或間歇性能源（如風能和太陽能）。但是目前的液體電池經過多次充電/放電的循環後，存儲能量的能力就會大打折扣，必須要進行定期維護電池的電解質以保證存儲容量的穩定。
這個哈佛團隊改變了正電解質溶液和負電解質溶液中分子的結構，並將其溶解於水中，設計出了這種「每 1000 次循環僅損失存儲容量百分之一」的液體電池。
Aziz 説：「鋰電池經過 1000 次充電/放電的循環過程後都不會有該液體電池這樣出色的表現。」
Gordon 説：「我們能夠將電解質溶解在中性水中，這是一種持久的電池，你可以把它放在你的地下室裏，如果它的液體灑在地板上也不必擔心，因為它的介質是無腐蝕性的，不會破壞混泥土結構，你甚至可以找來更便宜的材料來構建電池的組件，例如水槽和泵。」
降低電池的製作成本是很有必要的。能源部（DOE）設定了一個目標，即研發一種儲能電池使其消耗的費用要少於 100 美元/千瓦時，而這一目標也將使風能和太陽能與傳統發電廠產生的能源一較高下。
Aziz 説：「如果你能接近這個成本目標，你就能改變世界。如果把這種電池應用在各個領域中，將為我們節省極大的成本。這項研究使我們距離實現這一目標又更近了一步。」
美國能源部電力處能源存儲研究主管 Imre Gyuk 説：「這項關於水溶性有機電解質的研究對於未來電池的發展具有重要意義，指明瞭發展方向與方式，不僅有效提高了電池的循環壽命，還大大降低了製作成本。我預計，高效又持久的液體電池將成為電網基礎設施的標準。」
博士後研究員以及此論文的第一作者 Eugene Beh 指出，設計這種液體電池的關鍵是要弄清為什麼以前電池中的分子在中性溶液中會迅速降解，首先要明確負電解質中的紫羅鹼分子是如何分解的。Beh 改變了其分子結構使其更具復原力。
接下來，該團隊將研究重點轉向了二茂鐵——一種具有電化學性能的分子，並將其作為正電解質。
Beh 説：「二茂鐵非常適合儲存電荷，但完全不溶於水，它常與有機溶劑一起裝在其他電池裏，但這種物質具有易燃性並且價格昂貴。」
與分析紫羅鹼類似，該團隊分析過二茂鐵分子的性質後，將其不溶性分子轉變成可以進行穩定循環的高度可溶性分子。
Aziz 説：「水溶性二茂鐵代表了用於液體電池的一種全新的分子類型。」
pH 中性溶液有助於降低分離電池離子選擇透過性膜的成本。目前大多數的液體電池都在使用一些非常昂貴的聚合物，目的是要承受住電池內活躍性化學物質的反應。這些聚合物的費用佔到整個裝置總成本的三分之一。在膜的兩側上基本上都填充了鹽水，而那些昂貴的聚合物可以由廉價的烴代替。
這份研究報告由 Diana De Porcellinis、Rebecca Gracia 和 Kay Xia 共同執筆。並得到了美國電力輸送部、能源應用部以及美國能源部高級研究計劃署能源部的支持。
在哈佛的技術開發處（OTD）的幫助下，這幾位研究人員正在與幾家公司合作，擴大自己的研發產品的應用領域，將其運用在工業技術中，並對選擇透過性膜和電解質之間的相互反應進行優化。哈佛 OTD 已經提交了一系列亟待批准的關於液體電池技術創新的專利文件。
Via. seas.harvard
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資料來源：雷鋒網
作者/編輯：蔡羽佳