Университет химиков Юты и Мичиганского университета, участвующих в Совместном Центре американского Министерства энергетики Исследования Аккумулирования энергии, предсказывает лучшее будущее для типа батареи для хранения сетки, названного окислительно-восстановительными батареями потока. Используя прогнозирующую модель молекул и их свойств, команда развивала хранящую обвинение молекулу, приблизительно в 1,000 раз более стабильную, чем текущие комплексы. Об их результатах сообщают сегодня в Журнале американского Химического Общества.
«У нашего первого комплекса был период полураспада приблизительно восьми 12 часов», говорит химик U Мэтью Сигмен, обращаясь к периоду времени, в котором разложилась бы половина комплекса. «Комплекс, который мы предсказали, был стабилен на заказе месяцев».Не Ваша обычная батарея
Для типичного местного клиента солнечной батареи должно или использоваться электричество, поскольку оно произведено, продано назад электрической сетке или сохранено в батареях. Батареи лидерства глубокого цикла или литий-ионные аккумуляторы уже находятся на рынке, но каждый тип представляет собой проблемы для использования на сетке.
Все батареи содержат химикаты, которые хранят и выпускают электрическое обвинение. Однако окислительно-восстановительные батареи потока не похожи на батареи в автомобилях или сотовые телефоны. Окислительно-восстановительные батареи потока вместо этого используют два бака, чтобы сохранить энергию, отделенную центральным набором инертных электродов.
Баки держат решения, содержащие молекулы или заряженные атомы, названные анолитами и католитами, тем магазином, и выпускают обвинение как решение «потоки» мимо электродов, в зависимости от того, предоставляется ли электричество батарее или извлекается из него.«Если Вы хотите увеличить способность, Вы просто помещаете больше материала в баки, и это течет через ту же самую клетку», говорит химик Мичиганского университета Мелани Сэнфорд. «Если Вы хотите увеличить уровень обвинения или выброса, Вы увеличиваете число клеток».Текущие окислительно-восстановительные батареи потока используют решения, содержащие ванадий, дорогостоящий материал, который требует дополнительной безопасности в обработке из-за ее потенциальной токсичности. Формулировка батарей является химическим уравновешиванием, так как молекулы, которые могут сохранить больше обвинения, имеют тенденцию быть менее стабильными, теряя обвинение и быстро разложение.
Молекулярные автомобили бампераСэнфорд начал сотрудничать с Сигменом и электрохимиком U Шелли Минтир через Совместный Центр американского Министерства энергетики Исследования Аккумулирования энергии (JCESR), энергетический Инновационный Центр, посвященный созданию технологий батареи следующего поколения. Лаборатория Сэнфорда развивала и проверила потенциальные молекулы электролита и стремилась использовать прогнозирующую технологию, чтобы помочь проектировать лучшие комплексы батареи.
Минтир внесла экспертные знания в электрохимии, и Сигмен использовал вычислительный метод, который использует структурные функции молекулы, чтобы предсказать ее свойства. Аналогичный подход широко используется в разработке лекарственного средства, чтобы предсказать свойства наркотиков кандидата. Работа команды нашла, что комплекс кандидата разложился, когда две молекулы взаимодействовали друг с другом. «Эти молекулы не могут разложиться, если они не могут объединиться», говорит Сэнфорд. «Вы можете настроить молекулы, чтобы препятствовать тому, чтобы они объединились».Настраивание основного параметра тех молекул, фактор, описывающий высоту молекулярного компонента, по существу поместило бампер или щит дефлектора вокруг молекулы кандидата.
Самый захватывающий анолит, о котором сообщают в газете, основан на органической молекуле pyridinium. Это не содержит металлов и предназначено, чтобы быть расторгнутым в органическом растворителе, далее увеличив его стабильность.
Другие комплексы показали более длительные периоды полураспада, но этот анолит обеспечивает лучшую комбинацию стабильности и окислительно-восстановительного потенциала, который непосредственно связан с тем, сколько энергии это может сохранить.Разделение навыков, чтобы построить батареиСигмен, Минтир и Сэнфорд теперь работают, чтобы определить католит, чтобы соединиться с этим и будущими молекулами. Другие технические этапы предстояли в будущем в развитии новой окислительно-восстановительной технологии батареи потока, но определение структуры для улучшения компонентов батареи является ключевым первым шагом.
«Это – многослойная проблема, но Вы ничего не можете сделать, если у Вас нет стабильных молекул с низкими окислительно-восстановительными потенциалами», говорит Сэнфорд. «Вы должны работать оттуда». Команда приписывает их успех к настоящему времени применению этого комплекта инструментов отношений функции структуры, как правило используемого в фармацевтической промышленности, к дизайну батареи. «Мы приносим инструменты химиков к области, которая была традиционно областью инженеров», говорит Сэнфорд.