科学家已经开发出一种能够储存质子的有机材料,并在实验室中使用它来制造可充电的质子电池。
通过利用氢离子(质子)而不是传统的锂,这种电池有望解决能源存储中的关键挑战,包括资源稀缺、环境影响、安全性和成本。在相关文章中强调了该电池快速储存能量的能力,持续时间更长,并且在气温零度以下表现良好。
某教授表示,使用这种材料,研究人员可以制造出一种全有机质子电池,这种电池在室温和零度以下的冷冻气温下都有效。
科学家们合作开发了这种名为四氨基苯醌(TABQ)的材料,可以利用氢键网络支持质子的快速运动。

“研究得出结论,质子电池可能是下一代储能设备的先驱,是锂离子电池等其他电池的可持续替代品。锂离子电池已经成为储能应用的主导产品,但它们有很多局限性,”研究人员说。“锂是一种有限的资源,在地球上的分布并不均匀,所以一些国家可能无法获得低成本的锂资源,这在快速充电应用、安全性方面可能具有挑战性,而且它们在低温下的效率很低。”
科学家说,质子电池有很多好处,但目前用于质子电池的电极材料,有些是由有机材料制成的,有些是由金属制成的,很重,而且成本仍然很高。虽然他们的研究还没有找到适合电网规模储能的解决方案,但质子电池的低成本、高安全性和快速充电性能有可能在各种情况下使用,包括大规模储能。“为了提高可再生能源的使用,我们必须开发一些更有效的能源集成技术,我们的质子电池设计是一个很有前途的试验,我们已经设计了一种非常好的阳极材料,未来的工作将转移到阴极侧。我们将继续设计具有更高氧化还原电位范围的新型有机材料,以提高电池输出电压。”这些发现对未来的氢储存也有影响。

“质子传输是自然界最基本的过程之一,从人体到植物,所以我们实际上可以研究如何将这种有机分子用于广泛的应用,比如储氢,”研究人员说。 “分子氢(H2)非常活泼,因此难以储存和运输,这是目前氢工业的瓶颈。然而,氢也以稳定的形式存在:质子(H)。”
该发现意味着开发储存质子的材料可以将氢安全地运送到全球,然后根据需要提取。“我们的发现使这个概念成为可能的现实,”科学家说。