【能源与环境】 | Energy & Environment
作者：John Tibbetts，Stanford Report，2024-06-13
译者：JM茉莉
随着加州迅速向可再生能源转型，太阳能夜间减少、风力季节性波动，该州需要新技术来储存电力，它需要新技术储存电力。因此，该州严重依赖天然气来缓解可再生能源供电的高峰和低谷。
“电网使用的能源与你发电的速率相同，如果发的电当时用不完，又不能被储存，就不得不扔掉，”人文与科学学院的化学教授Robert Waymouth指出。
（编者注：根据能量守恒定律，机械设备将风能、水能、光能等种种能量转化为电能，然后把电能运用在各种电器上。同样地，电能或者多出来的、没有用完的电，最后都会转换成另一种能量。每一座发电厂都会和电网相连接的，电力被发电机运输到电网上，电网便通过各种电压的线路把电能运送到全国各地。因为多余的电力无法被大量储备，所以在电网的调配下，发电量与耗电量达到了一个平衡。）
Waymouth正带领斯坦福大学的一个团队开发一种可再生能源的储存技术：液态有机氢载体(LOHCs)。氢已经被用作燃料或发电，但储存和运输氢气依然棘手。
“我们正在研发用于选择性转换和长期储存电能于液体燃料中的技术，”Waymouth说，他是此项研究的资深作者，该研究详细介绍了这项工作，发表在《美国化学学会杂志》上。“我们还发现了一种新型的选择性催化系统，可以将电能储存在液体燃料中，而不会产生气态氢。”
液体电池
加州能源委员会指出:“从2018年到2024年，加州的电池储存容量从500兆瓦增加到10300兆瓦以上，到2024年底计划再增加3800兆瓦。美国预计到2045年将需要5.2万兆瓦的电池存储。”
锂离子技术广泛应用于电网储存电力的电池、智能手机和电动汽车的电池，但由于其存储的能量规模有限，研究人员继续寻找可以补充这些技术的系统。
候选材料包括LOHCs，它可以通过催化剂高温储存和释放氢气。总有一天，LOHCs可以广泛作为“液体电池”储存能量，并在需要时有效地转化为可用的燃料或电力。
Waymouth团队研究了异丙醇和丙酮作为氢能量储存和释放系统的成分。异丙醇，也就是常说的外用酒精，是一种高密度液态的氢，可以通过现有的基础设施储存和运输，直到需要时被当作燃料电池的燃料使用，或者在不排放二氧化碳的情况下释放氢气。
然而，用电生产异丙醇的方法效率很低。水的两个质子和两个电子可以转化为氢气，催化剂可以从这个氢气中产生异丙醇。“但你不需要这个过程中有氢气，”Waymouth说。“它每单位体积的能量密度很低。我们需要一种方法，直接从质子和电子中制造异丙醇而不产生氢气。”
此项研究的主要作者Daniel Marron解决这个问题。他最近刚拿到斯坦福大学的化学博士学位。Daniel Marron开发了一种催化剂系统，两个质子和两个电子与丙酮结合时，可选择性地生成LOHC异丙醇，而不产生氢气。他用铱做催化剂。
关键的惊喜是一种被称为钴环戊二烯（cobaltocene）的“魔法添加剂”。钴二烯是一种非贵金属钴的化合物，长期以来一直被用作简单的还原剂，价格相对便宜。研究人员发现，在这个反应中，钴二茂烯作为辅助催化剂参与反应，直接将质子和电子传递给催化剂铱，而不是像之前预期的那样释放氢气。
根本性的未来
钴在电池中已经是一种常见的材料，需求量很大，所以斯坦福大学的研究小组希望他们对钴二烯性质的新认识可以帮助科学家开发出用于这一过程的其他催化剂。例如，研究人员正在探索更丰富的非贵金属金属催化剂，如铁，以使未来的LOHC系统更实惠和规模化应用。
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“这是基础的基础科学，但我们从此有了选择，可以将电能储存在液体燃料中，”Waymouth说。
随着这项研究的推进，人们希望LOHC系统可以改善工业和能源部门或个人太阳能或风力发电场的能源储存。
尽管研究过程复杂而富有挑战性，但整个化学反应过程其实相当优雅。正如Waymouth所总结的那样:“当你有多余的电，而电网对它没有需求时，你就把它储存为异丙醇。当你需要能量时，你又可以把异丙醇转换成电能。”
斯坦福大学的其他共同作者是Conor Galvin,（23届博士）和Julia Dressel（博士生）。
Waymouth也是斯坦福Bio-X和斯坦福癌症研究所的成员，是Sarafan ChEM-H的教员，也是斯坦福伍滋环境研究所的附属机构。
此项研究由国家科学基金会资助。
编辑：一白
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