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中年|新的液流电池可以加速由太阳和风驱动的电网( 二 )


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AquaPIM液流电池膜 。 图片来源：Marilyn Sargent /伯克利实验室

后来 ， 在评估AquaPIM膜的性能以及与不同网格电池化学物质的相容性（例如 ， 一个实验装置使用锌作为阳极 ， 以铁基化合物作为阴极）时 ， 研究人员发现AquaPIM膜可产生非常稳定的碱性电池 。
此外 ， 他们发现AquaPIM原型在阴极以及阳极中都保留了电荷存储材料的完整性 。 当研究人员在伯克利实验室的高级光源（ALS）中对膜进行表征时 ， 研究人员发现这些特性在AquaPIM变体中是通用的 。
然后 ， Baran和她的合作者测试了AquaPIM膜在碱性水溶液中的性能 。 在该实验中 ， 他们发现在碱性条件下 ， 结合聚合物的a胺肟是稳定的-考虑到有机材料在高pH下通常不稳定 ， 这是一个令人惊讶的结果 。
这种稳定性可防止AquaPIM膜孔塌陷 ， 从而使它们保持导电性 ， 而不会随着时间的流逝而造成任何性能损失 ， 而商用含氟聚合物膜的孔却按预期坍塌 ， 从而损害了其离子传输性能 ， Helms解释说 。

博士后研究人员Artem Baskin与David Prendergast进行了理论研究 ， 进一步证实了这种行为 。 DavidPrendergast是伯克利实验室Molecular Foundry的代理总监 ， JCESR的首席研究员以及Chiang和Helms 。
Baskin利用伯克利实验室国家能源研究科学计算中心（NERSC）的计算资源对AquaPIM膜的结构进行了模拟 ， 发现构成膜的聚合物的结构在碱性电解液中的高度碱性条件下具有显着的抗孔塌陷性 。
屏幕测试 ， 以获得更好的电池
在评估AquaPIM膜的性能以及与不同网格电池化学性质的兼容性时 ， 研究人员开发了一个模型 ， 将电池的性能与各种膜的性能联系在一起 。 该模型可以预测液流电池的寿命和效率 ， 而无需构建整个设备 。 他们还表明相似的模型可以应用于其他电池化学物质及其膜 。
“通常 ， 您必须等待数周甚至数月才能弄清楚整个电池组装后电池能使用多长时间 。 通过使用简单快速的膜筛 ， 您可以将其减少到几个小时或几天 ， ” Helms说 。
研究人员下一步计划将AquaPIM膜应用于从金属和无机物到有机物和聚合物的更广泛的水性液流电池化学领域 。 他们还期望这些膜与其他水性碱性锌电池兼容 ， 包括使用氧气 ， 氧化锰或金属有机骨架作为阴极的电池 。

来自伯克利实验室 ， 加州大学伯克利分校 ， 麻省理工学院和Istituto Italiano di Tecnologia的研究人员参加了该研究 。
这项工作得到了美国能源部科学办公室资助的能源创新中心联合储能研究中心（JCESR）的支持 。 美国能源部科学能源前沿研究中心办公室有关清洁能源技术的气体分离中心提供了额外的资金 。
这项工作的某些部分 ， 包括聚合物的合成和表征 ， 是在伯克利实验室的Molecular Foundry进行的 ， 该实验室是DOE科学用户设施办公室 ， 专门研究纳米科学 。
该研究还使用了ALS处的GIWAXS（掠入射广角X射线散射）仪器来表征AquaPIM ， 并使用NERSC的超级计算资源来对该聚合物进行建模 。 ALS和NERSC是美国能源部科学用户设施办公室 。


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