《科学家将开发大规模储能电池技术》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2019-10-29
  • 随着电动车和新能源储能需求上升,业界期待更好的电池技术,其中液流电池在大规模储能系统方面具有很好前景。英国帝国理工学院26日表示,该校学者已获得欧盟资金资助,开发新一代液流电池技术。

      帝国理工学院宋启磊博士获得了欧洲研究理事会科研启动基金总值150万欧元(约合160万美元)的项目资助。他的团队将与爱丁堡大学、剑桥大学以及欧洲和中国的机构合作开发这种电池技术。

      宋启磊向新华社记者介绍说:“传统的锂离子电池是把电解液和电极材料封装起来,有机电解液热稳定性受到限制,容易发生爆燃,安全性受限;相比之下,液流电池将可以充放电的电解液材料和电堆单元解耦,这样正负极电解液可以单独储存在容器中,然后通过泵输送到电池内部实现充放电,安全性高,能量可长久储存,非常适合大规模的储能系统应用。”

      当前,比较常见的液流电池是全钒液流电池,这种电池采用的是商业化的离子交换膜和钒材料,但活性材料和隔膜的成本都很高,限制了液流电池的大规模使用。宋启磊在帝国理工学院的实验室中向记者展示了液流电池的关键组成部分——隔膜。这种材料的性能显著制约着液流电池性能和生产成本等因素。

      他说:“我们希望开发新型纳米多孔隔膜材料和低成本的电解质材料,通过分子设计从根本上提高膜的离子传导能力和选择性,结合纳米加工技术制备纳米膜,集成新型的电解质材料,有望开发下一代新型、廉价、环保、高能量密度的液流电池技术。”

      据团队介绍,新型膜材料技术不但可用于电池,未来在污水处理、气体净化等能源与环保领域也会有很好的应用前景。

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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-08-31
    • 新鲜大蒜提取物含有多种健康的有机硫化合物,其中ajoene(阿焦烯,从大蒜中提出的血小板凝集抑制剂)是一种主要的可榨油成分。如今,英国的化学家们首次使用现成的成分合成了ajoene,研究结果发表在Angewandte Chemie上。文章表明,ajoene可以大规模制得,且只需很少的合成步骤。生物活性化合物的化学合成对于它们在药物研究中的进一步评估具有重要意义。 如果大蒜被切掉或咀嚼,受损组织中存在的酶就会开始降解其主要的有机硫代谢物蒜氨酸。第一种降解产物是蒜素,这使新鲜的大蒜制剂具有其特有的刺激性气味。然而,这种分子进一步分解成各种主要是油溶性的化合物,其化学特征都是有机硫化物或二硫化物。ajoene是一种较稳定的油提取物分解产物和主要成分。该化合物与蒜素具有类似的保健作用,并且具有抗癌活性。 虽然ajoene可以从大蒜提取物中分离出来,但是采用化学合成的方法会有更多优势。合成的ajoene将允许引入化学修饰,这是药物研究中的一个关键。因此,Thomas Wirth和他在Cardiff University的团队与英国的威尔士Neem生物技术公司合作,现在已经开发了一种基于简单易用组件的完全合成方法。这个序列从一个简单的二溴化物开始,最后以有机硒化合物的氧化结束。科学家们指出,硒化合物的氧化消除导致了ajoene分子的末端碳-碳双键特性的形成。同时,它的硫化物部分被氧化成亚砜,这是ajoene的另一个特有化学功能。 Wirth和他的团队报告说,在ajoene的合成中最大的挑战是尽量减少有机硫化合物的各种典型的副反应。这样的副反应极大地降低了从大蒜素开始的仿生方法ajoene的产量。但在全合成中,也存在低产量的问题。因此,科学家们对反应步骤进行了几次修改,但最显著的改进却意外地来自合成的扩大。在200克范围内,最终氧化产生了56%的产物,作者报告说,这是在毫克产量范围内的两倍。 该产品具有生物活性。Wirth和他的团队在生物实验中测试了它对细菌的活性,他们发现合成ajoene的效果与从大蒜中提取的天然ajoene相似,甚至比天然ajoene更好。它抑制了革兰氏阴性菌中称为群体感应的生物交流(可能导致生物膜的形成)。作者认为,抑制这种情况可能ajoene的一种很有前景的用法。由于全合成技术使这种化合物更容易获得,它在药物化学领域的作用将不可小觑。
  • 《科学家发现钠离子电池阳极的储能机制》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-08-18
    • 来自斯科尔科沃科学和技术学院(Skoltech)和莫斯科国立大学(MSU)的科学家们确定了与钠离子电池(SIB)阳极材料中的电荷存储相关的电化学反应类型,这是一类很有前途的新型电化学电源。他们的研究结果以及该团队开发的阳极制造方法将有助于使SIB在俄罗斯及其他地区的商业化进程更加接近。该研究发表在《Electrochimica Acta》上。   如今,锂离子电池(LIB)是最受欢迎的电化学电源,被广泛应用于从手机(几瓦时)到发电厂的缓冲系统(数百万瓦时)的各种领域。对锂离子电池的需求和存储设备的平均尺寸都在不断增长,然而这种增长趋势却遇到了多重障碍,如锂盐的高成本、全球锂储量有限以及各国含锂矿床分布不均等。为了克服这些障碍,包括俄罗斯在内的全球科学家都在研究SIB,这种替代技术可能会挑战LIB和广泛使用的铅酸电池。   钠是地壳中第六大常见元素。与锂相比,其盐类的价格要便宜100倍左右。虽然在化学性质上与锂相似,但钠还有其他的区别,这就需要在SIB设计中采用新的方法。电池由三个主要部分组成:阴极、阳极和电解质。阴极或电解质的成分和结构有广泛的多样性,而阳极仍然是一个绊脚石。成功用于LIB的石墨不能用于SIB,因为碳六边形和钠阳离子的尺寸相差太大,无法提供夹层。硬碳似乎是唯一可以真正用于阳极的材料。由扭曲的石墨状层的不规则排列形成的硬碳表现出与LIB中的石墨相当的钠离子存储性能,然而仍然不清楚为什么以及如何发生这种情况。   "关于钠如何被引入硬碳中,有几种假说。在我们的研究中,我们验证并稍微扩展了其中的一个假设。我们发现,硬碳表现出夹层型行为,以积累大部分电荷,这是个好消息。夹层正是电池所需要的,而与 "假电容 "相关的表面过程则是超级电容器的责任,它在化学电源中形成了一个非常狭窄的发展空间。有趣的是,我们的日本同事,也是我们的主要研究者和MSU博士生的研究导师Zoya Bobyleva一开始就持有完全不同的观点。他是世界上SIB和硬碳领域的顶级专家之一,我们很难说服他我们是对的,但我们做到了!"Skoltech能源科技中心(CEST)和MSU的项目负责人和高级研究科学家Oleg Drozhzhin说。   去年,诺贝尔化学奖授予了三位 "开发锂离子电池 "的科学家。其中一位获奖者要归功于硬碳,这种负极材料在大约三十年前给锂离子电池技术带来了生命,后来被石墨取代。现在,硬碳可以再次催生一项新技术。   "这项工作非常了不起,不仅展示了硬碳在钠离子体系中的工作原理,而且找到了一种方法,可以生产出与LIB中石墨容量相当的超过300mAh/g的硬碳。创建和优化一种新的方法需要付出很多艰辛的努力,而这些努力通常都停留在幕后,几乎没有在科学论文中报道过,所以对我们来说,展示最终的成果很重要:我们成功地制造出了好的SIB阳极材料,我们知道它们是如何工作的。"MSU化学学院电化学系主任、Skoltech教授Evgeny Antipov评论道。