中國儲能網(wǎng)訊：從空氣中捕獲二氧化碳，再生成清潔能源，近期，西湖大學王盼團隊與哈佛大學Michael J. Aziz團隊、國科大杭高院季云龍團隊合作，開發(fā)了能夠捕獲與釋放二氧化碳的水系液流電池。他們基于一類基于吩嗪衍生物的水溶性有機儲能小分子，并提出了在水系有機液流電池充放電過程中實現(xiàn)電化學碳捕獲一體化的方法。相關(guān)成果發(fā)表于《自然-能源》。
風能、太陽能、潮汐能、地熱等都屬于清潔能源，但由于其本身的間歇性和不連續(xù)性，利用效率非常低。找到高效、安全的中間儲能方式變得尤為重要。
水系液流電池使用水作為介質(zhì)，對地理環(huán)境要求低，是一種非常安全、環(huán)境友好、高效的電化學儲能手段。在液流電池中，正負極電解液分別儲存在外部儲液罐中，通過循環(huán)泵傳送到電堆，活性物質(zhì)在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)實現(xiàn)能量的儲存與釋放?；钚晕镔|(zhì)由電池中的離子交換膜隔離開，以阻止正負極材料的交叉污染。
西湖大學研究員王盼所帶領(lǐng)的有機功能材料實驗室聚焦于以有機合成化學為基礎(chǔ)的功能分子的設(shè)計，以材料功能為導向，賦予有機分子獨特的結(jié)構(gòu)特性進行精準合成。
此前，王盼實驗室發(fā)現(xiàn)吩嗪類有機小分子在充放電過程中，由于其獨特的質(zhì)子耦合氧化還原特性，會在水溶液中引起“pH搖擺”現(xiàn)象。于是想到利用這一現(xiàn)象，借助液流電池系統(tǒng)充當“碳捕手”。他們根據(jù)不同功能及應(yīng)用場景，開發(fā)了一系列吩嗪“家族”新成員。其中，1，8-ESP與1，6-AFP共享同樣的“骨架”（母核），但嫁接著不一樣的“肢體”（官能團）；上一代小分子所使用的是氨基酸，而這一代，團隊換為了磺酸根。于是，“老骨架”抽出新芽，迸發(fā)了新生機：它既能實現(xiàn)水系液流電池的儲能功用，也能捕獲與釋放二氧化碳。
研究人員測試了1，8-ESP的水系液流電池的性能，發(fā)現(xiàn)這個小分子及其發(fā)展而來的電池，具有“從酸到堿”都適宜的高水溶性、較好的二氧化碳捕獲表現(xiàn)、較高的穩(wěn)定性、良好的抗氧化性、較低的能量成本。
在實際運行過程中，以1,8-ESP為活性物質(zhì)的電池體系，既可作為二氧化碳捕集系統(tǒng)，也可同時進行能量存儲。該系統(tǒng)能夠根據(jù)市場與實際需求，來進行儲能與碳捕集的及時調(diào)整與響應(yīng)，以獲得最大經(jīng)濟效益。
下一步，王盼實驗室希望找到一種更理想的有機材料，能夠以此為基礎(chǔ)，可以直接從空氣中高效捕獲二氧化碳。目標是打造二氧化碳循環(huán)利用的碳閉環(huán)。即清潔能源提供的能量，一方面可以進行電化學存儲，另一方面可以為從空氣中捕獲二氧化碳（來源包括工廠廢氣、汽車尾氣等，只要人類還在使用化石燃料，產(chǎn)生的二氧化碳就避無可避）捕獲供能；然后，把這些二氧化碳當作為原料進行下一步的轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生附加值更高的化學品和清潔能源（比如生產(chǎn)甲醇、乙烯），由此實現(xiàn)良性循環(huán)。
