一种新材料显示了为电网存储电力的电池的前景。这种材料由美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的科学家们创建，由精心设计的分子组成，这些分子设计为特别是电化学稳定的，以防止电池失去能量到不需要的反应。该实验的结果，这种类型的电池有史以来最好的一些，今天发表在先进能源材料。
在这种称为非水氧化还原液流的电池中，能量存储在大型罐内的带负电和带正电的溶液中。
罐中通电溶液的分子组成在电池能够产生多少能量方面发挥着重要作用，本研究的重点是设计理想的分子溶解在带正电的罐中。为了最大限度地提高效率，研究人员不得不对分子进行结构化，以保持尽可能多的能量，同时保持稳定，足以限制多余的反应。
“我们希望分子的稳定性很高，因此电池不会过早分解，但我们也希望它能够保持很多能量。这两者是不一致的，”参与博士后的张晶晶说。在研究中。
分子的可逆性，或其重复充电和放电的能力，是使液流电池发挥作用的特性。在充电期间，存储在带正电荷的罐中的分子通过称为氧化的过程释放电子。当这些现在不稳定的带正电的分子开始与它们的周围环境发生反应时，就会出现问题，这些电荷会消耗掉储存在水箱中并用于电力的电荷。
“当它失去一个电子时，这个分子就有一种自然倾向，可以找到另一个完整的电子，如果它们形成一个键，就意味着它再也不能发电了，”团队的主要科学家陆章说。 。
该项目的研究人员能够使用称为双环取代的过程来关闭常见的吸能副反应，该过程保护分子原子支架中最活跃的部分，有点像使用绝缘材料覆盖暴露的电线。
双环替代本身并不新鲜，但这项研究是第一次将其应用于电池材料。以前，电池科学家使用较大的保护性原子链来增加稳定性。但是，这些防护罩往往会使电池窒息; 在不消除分子释放任何能量的能力的情况下，只能覆盖一半的反应性分子区域。
“通过双环替代，我们终于找到了一种方法来保护所有分子的反应位置而不会失去其可逆性，并且我们能够从中获得非常好的性能，”陆章说。
研究人员发现，在充电和放电150次后，电池的容量损失很小，证明了分子的高稳定性。
“双环替代使我们能够避免在稳定性和可逆性之间妥协，”张晶晶说。“将这两个特性最大化是设计更高效电池的关键，这些电池可以为整个建筑物以及未来更大的系统供电。
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