新设备通过连续电解以化学形式存储能量

九州大学的一个研究小组实现了使用高分子电解质醇电合成电池从羧酸连续电化学合成醇化合物的方法，该方法可以将电能直接充电到醇化合物中。Masaaki Sadakiyo /九州大学国际碳中性能源研究所

人们对可再生能源的兴趣不断增长。但是，许多可再生能源可能断断续续地断断续续–当太阳停止发光或风停止吹出时，电力就会闪烁。在高峰生产时间内，通过能量存储可以部分消除波动的供应。但是，蓄电也不是没有挑战。

最近，位于日本南部九州大学的国际碳中和能源研究所（I2CNER）的一个团队开发了一种通过连续电解以化学形式存储能量的装置。

研究人员指出，乙醇酸（GC）的能量容量比氢（氢是较流行的储能化学品之一）要大得多。可以通过四电子还原草酸（OX）（一种广泛使用的羧酸）来生产GC。如他们在《科学报告》中的出版物所述，该团队设计了一种基于新型膜电极组件的电解池。夹在两个电极之间的是通过聚合物膜连接的基于氧化铱的阳极和涂有二氧化钛（TiO2）的钛（Ti）阴极。

研究主要作者Masaaki Sadakiyo解释说：“流动型系统对于通过液相反应进行的能量存储非常重要。”“大多数生产酒精的电解器都是分批运行的，这不适用于此目的。在我们的设备中，通过使用与电极直接接触的固体聚合物电解质，我们可以连续进行反应而无需添加杂质（例如电解质）。OX解决方案可以有效地视为可流动的电子池。”

另一个关键考虑因素是阴极设计。锐钛矿型TiO 2催化阴极反应。为了确保催化剂和阴极之间的牢固连接，该团队以网眼或毛毡的形式直接在钛上“生长”了TiO2。电子显微镜图像显示，TiO2为细腻的绒毛，像新鲜的雪层一样紧贴在Ti棒的外侧。实际上，其工作是催化OX氧化为GC。同时，在阳极，水被氧化成氧气。

研究小组发现，在更高的温度下，反应会加速。但是，将热量调高会导致不必要的副过程-将水转化为氢。两种效果之间的理想平衡是在60°C时。°在此温度下，可以通过减慢反应物流，同时增加可用于反应的表面积来进一步优化设备。

有趣的是，即使是模糊的TiO2催化剂的质地也有很大的不同。当将TiO2制备为“毡”时，通过在更细，密度更高的Ti棒上生长它，反应发生得比在“网”上更快，这可能是因为表面积更大。毛毯还通过比表面更紧密地覆盖Ti表面，从而阻止了氢气的产生，从而防止了裸露的Ti的暴露。

合著者Miho Yamauchi说：“在适当的条件下，我们的细胞可以转化近100％的OX，这令人鼓舞。”“我们计算出，GC解决方案的最大体积能量容量约为氢气的50倍。需要明确的是，与容量相比，能源效率仍然落后于其他技术。但是，这是一种用于存储多余电流的新方法的有希望的第一步。”

出版物：Masaaki Sadakiyo等人，“使用含有多孔TiO2催化剂的聚合物电解质醇电合成电池由草酸电化学生产乙醇酸”，《科学报告》，第7期，文章编号：17032（2017）doi：10.1038 / s41598-017-17036-3