Так считают ученые из Университета Буффало.Они определили флуоресцентный краситель под названием BODIPY как идеальный материал для накопления энергии в перезаряжаемых жидкостных батареях, которые однажды могут питать автомобили и дома.BODIPY — сокращение от бор-дипиррометен — ярко светится в темноте под черным светом.Но черты, которые способствуют хранению энергии, менее заметны.
Согласно новому исследованию, краситель обладает необычными химическими свойствами, которые позволяют ему превосходно выполнять две ключевые задачи: хранение электронов и участие в переносе электронов. Батареи должны выполнять эти функции для экономии и доставки энергии, и BODIPY очень хорошо с ними справляется.В экспериментах тестовая батарея на основе BODIPY работала эффективно и долговечно, после того как исследователи слили и перезарядили ее 100 раз.
«По мере того, как мир становится все более зависимым от альтернативных источников энергии, один из огромных вопросов, которые у нас возникают, звучит так:« Как мы храним энергию? » Что происходит, когда солнце садится ночью или когда прекращается ветер? " — говорит ведущий исследователь Тимоти Кук, доктор философии, доцент кафедры химии Университета при Колледже искусств и наук Буффало. «Все эти источники энергии работают с перебоями, поэтому нам нужны батареи, которые могут накапливать достаточно энергии для питания среднего дома».Исследование было опубликовано 16 ноября в ChemSusChem, академическом журнале, посвященном темам на стыке химии и устойчивого развития.Батарея будущего на основе красителя
BODIPY — многообещающий материал для батареи на жидкой основе, называемой «проточной батареей окислительно-восстановительного потенциала».Эти заполненные жидкостью элементы питания обладают рядом преимуществ по сравнению с элементами, изготовленными из обычных материалов.Литий-ионные батареи, например, опасны тем, что могут загореться при разрыве, говорит Кук. Батарейки на основе красителя не будут иметь этой проблемы; «если они лопнут, они просто потекут», — говорит он.
Проточные окислительно-восстановительные батареи также могут быть легко увеличены для хранения большего количества энергии — достаточного, чтобы позволить домовладельцу запитать солнечный дом в течение ночи, или чтобы коммунальная компания могла накапливать энергию ветра для пиковых периодов использования. Это важно, потому что масштабирование было проблемой для многих других предлагаемых аккумуляторных технологий.
Как BODIPY работает от батареиПроточные окислительно-восстановительные батареи состоят из двух резервуаров с жидкостью, разделенных различными перегородками.Когда батарея используется, электроны собираются из одного резервуара и перемещаются в другой, генерируя электрический ток, который теоретически может питать устройства размером с фонарик или размером с дом.
Чтобы перезарядить аккумулятор, вы должны использовать солнечный, ветер или другой источник энергии, чтобы заставить электроны вернуться в исходный резервуар, где они снова будут доступны для выполнения своей работы.Эффективность проточной окислительно-восстановительной батареи зависит от химических свойств жидкостей в каждом резервуаре.«Библиотека молекул, используемых в проточных окислительно-восстановительных батареях, в настоящее время мала, но ожидается, что в ближайшие годы она значительно вырастет», — говорит Кук.
«Наше исследование определяет краситель BODIPY как многообещающий кандидат».В ходе экспериментов команда Кука заполнила оба резервуара проточной окислительно-восстановительной батареи одним и тем же раствором: порошкообразным красителем BODIPY под названием PM 567, растворенным в жидкости.
В этом коктейле соединения BODIPY продемонстрировали замечательное качество: они смогли отказаться и получить электрон без разложения, как это делают многие другие химические вещества. Эта особенность позволила красителю накапливать электроны и облегчить их перенос между двумя концами батареи во время повторяющихся циклов — 100 — зарядки и разрядки.
Основываясь на экспериментах, ученые также предсказывают, что батареи BODIPY будут достаточно мощными, чтобы быть полезными для общества, генерируя примерно 2,3 вольта электричества.Исследование было сосредоточено на PM 567, различных разновидностях BODIPY, обладающих одинаковыми химическими свойствами, поэтому вполне вероятно, что другие красители BOPIDY также станут хорошими кандидатами для хранения энергии, говорит Кук.