記者10月7日從西湖大學(xué)獲悉，近期，西湖大學(xué)王盼團(tuán)隊與美國哈佛大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊合作，開發(fā)了一類基于吩嗪衍生物的水溶性有機(jī)儲能小分子，并提出在水系有機(jī)液流電池充放電過程中實現(xiàn)電化學(xué)碳捕獲一體化的方法。換句話說，基于一種新合成的小分子，他們開發(fā)了能夠捕獲與釋放二氧化碳的水系液流電池。研究成果日前發(fā)表在《自然·能源》期刊上。

液流電池是長時儲能領(lǐng)域一匹被看好的“黑馬”。其中，水系有機(jī)液流電池使用水作為介質(zhì)，具有較高安全性和環(huán)境友好性。

西湖大學(xué)理學(xué)院王盼實驗室自成立以來，在水系液流電池儲能領(lǐng)域取得一系列研究成果。在前期研究工作中，該實驗室發(fā)現(xiàn)，吩嗪類有機(jī)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，會在水溶液中引起酸堿變化，即“pH搖擺”現(xiàn)象。科研人員希望利用這一現(xiàn)象，借助液流電池系統(tǒng)來充當(dāng)“碳捕手”。

“我們發(fā)現(xiàn)，實驗室新開發(fā)的吩嗪有機(jī)小分子1,8-ESP既能實現(xiàn)水系液流電池的儲能功用，也能捕集與釋放二氧化碳。”王盼介紹，基于有機(jī)分子氧化還原反應(yīng)機(jī)理，電池充電時，含有1,8-ESP的中性溶液會發(fā)生pH變化轉(zhuǎn)為堿性，同步吸收充入的二氧化碳;放電時，液體由堿性轉(zhuǎn)變回中性，同時釋放先前捕集的二氧化碳。

進(jìn)一步，研究人員測試了1,8-ESP的水系液流電池性能，發(fā)現(xiàn)它具有一系列較為優(yōu)越的表現(xiàn)：這個小分子及由其發(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、良好的抗氧化性和較低的能量成本。換言之，王盼實驗室成功實現(xiàn)了對二氧化碳的高效高容量捕集。

“在實際運(yùn)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(jìn)行能量存儲。該系統(tǒng)有望根據(jù)市場與實際需求，來進(jìn)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(jì)效益。”王盼說。