一项新技术已研发成功，该技术用更经济的物质替代了大容量储能系统“氧化还原液流电池”中的活性材料。

韩国能源研究所储能研究部门的黄承海博士研究团队，通过引入功能基团替代活性材料并改善溶解度和稳定性，成功提高了氧化还原液流电池（一种主要的大容量储能设备）的性能和循环寿命。

为了扩大太阳能和风能等可再生能源的使用，需要一种能够储存8小时以上电力并在需要时重新使用的长期储能系统。

其中，氧化还原液流电池与常用的锂离子电池相比，具有较低的火灾风险和超过20年的长循环寿命，因此全球都在积极研究这一技术。韩国也致力于在2030年左右开发出低成本、高效率的技术，以实现大规模应用。

虽然目前氧化还原液流电池中的活性材料主要是钒，但其有限的储量促使人们研究替代品。由碳、氧等自然元素制成的有机化合物，如紫精类化合物，因其经济实惠和替代钒的潜力而备受关注。

然而，紫精类化合物存在溶解度低、整体能量密度降低以及在反复充放电过程中不稳定的缺点，因此需要开发技术来克服这些问题。

为了解决这些问题，研究人员在紫精类化合物中引入了功能基团。这些功能基团像积木一样嵌入紫精类化合物中，提高了其溶解度和稳定性。

为了提高紫精类化合物的溶解度，研究人员引入了具有亲水性质的磺酸基和酯基功能基团。这两种功能基团通过与紫精类化合物表面上的水（电解质）分子相互作用，在分子间产生吸引力，从而促进紫精类化合物在水中的分散。

紫精类化合物的结构类似于三明治，由两层分子组成。在充电过程中，这两层分子会频繁结合，转变为无法再储存能量的结构。

为了解决这个问题，研究人员引入了α-甲基功能基团作为障碍。这些功能基团在层状结构中引入扭曲，并在分子间产生排斥力，从而抑制了副反应，提高了储能的效率和稳定性。

研究人员将开发的活性材料应用于氧化还原液流电池后，确认其能量密度比钒氧化还原液流电池提高了两倍以上。此外，在经过200次充放电循环后，电池表现出99.4%的库仑效率（放电容量相对于充电容量）和92.4%的容量保持率，表明其性能和稳定性得到了提升。

该研究成果的第一作者黄博士表示：“为了应对气候变化和扩大可再生能源的使用，有必要通过开发既具有价格竞争力又具有长循环寿命的氧化还原液流电池来促进储能。”

她补充说：“这项研究使我们能够设计出既经济又耐用的活性材料，有助于氧化还原液流电池的早日商业化。”

该研究成果已发表在《ACS应用材料与界面》杂志上。