Harvard researchers have identified

Harvard researchers have identified a whole new class of high-performing organic molecules, inspired by vitamin B2, that can safely store electricity from intermittent energy sources like solar and wind power in large batteries.

The development builds on previous work in which the team developed a high-capacity flow battery that stored energy in organic molecules called quinones and a food additive called ferrocyanide. That advance was a game-changer, delivering the first high-performance, non-flammable, non-toxic, non-corrosive, and low-cost chemicals that could enable large-scale, inexpensive electricity storage.

While the versatile quinones show great promise for flow batteries, Harvard researchers continued to explore other organic molecules in pursuit of even better performance. But finding that same versatility in other organic systems has been challenging.

"Now, after considering about a million different quinones, we have developed a new class of battery electrolyte material that expands the possibilities of what we can do," said Kaixiang Lin, a Ph.D. student at Harvard and first author of the paper. "Its simple synthesis means it should be manufacturable on a large scale at a very low cost, which is an important goal of this project."

The new research is published in Nature Energy.

Flow batteries store energy in solutions in external tanks -- the bigger the tanks, the more energy they store. In 2014, Michael J. Aziz, the Gene and Tracy Sykes Professor of Materials and Energy Technologies at the Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), Roy Gordon, the Thomas Dudley Cabot Professor of Chemistry and Professor of Materials Science, Alán Aspuru-Guzik, Professor of Chemistry and their team at Harvard replaced metal ions used as conventional battery electrolyte materials in acidic electrolytes with quinones, molecules that store energy in plants and animals. In 2015, they developed a quinone that could work in alkaline solutions alongside a common food additive.

In this most recent research, the team found inspiration in vitamin B2, which helps to store energy from food in the body. The key difference between B2 and quinones is that nitrogen atoms, instead of oxygen atoms, are involved in picking up and giving off electrons.

"With only a couple of tweaks to the original B2 molecule, this new group of molecules becomes a good candidate for alkaline flow batteries," said Aziz.

"They have high stability and solubility and provide high battery voltage and storage capacity. Because vitamins are remarkably easy to make, this molecule could be manufactured on a large scale at a very low cost."

"We designed these molecules to suit the needs of our battery, but really it was nature that hinted at this way to store energy," said Gordon, co-senior author of the paper. "Nature came up with similar molecules that are very important in storing energy in our bodies."

The team will continue to explore quinones, as well as this new universe of molecules, in pursuit of a high-performing, long-lasting and inexpensive flow battery.

Harvard's Office of Technology Development has been working closely with the research team to navigate the shifting complexities of the energy storage market and build relationships with companies well positioned to commercialize the new chemistries.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

นักวิจัย Harvard ได้ระบุระดับใหม่ของประสิทธิภาพสูงโมเลกุลอินทรีย์ โดยวิตามิน B2 ที่ปลอดภัยสามารถเก็บกระแสไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องเช่นพลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลมในแบตเตอรี่ที่มีขนาดใหญ่การพัฒนาสร้างงานก่อนหน้าในซึ่ง ทีมพัฒนาแบตเตอรี่ความจุสูงไหลที่เก็บพลังงานไว้ในโมเลกุลอินทรีย์ที่เรียกว่า quinones และสารอาหารที่เรียกว่า ferrocyanide ล่วงหน้าที่ถูกเกมเปลี่ยน ส่งแรกประสิทธิภาพสูง สารเคมีไม่ติดไฟ ไม่เป็นพิษ การกัดกร่อน และต้น ทุนต่ำที่สามารถช่วยเก็บไฟฟ้าขนาดใหญ่ ราคาไม่แพงขณะที่ quinones อเนกประสงค์แสดงสัญญาที่ดีสำหรับแบตเตอรี่กระแส นักวิจัย Harvard อย่างต่อเนื่องเพื่อสำรวจอื่น ๆ โมเลกุลอินทรีย์แสวงหาประสิทธิภาพยิ่ง แต่หาความอเนกประสงค์ที่เดียวกันในระบบอินทรีย์อื่น ๆ ได้ท้าทาย"ตอนนี้ หลังจากพิจารณาเกี่ยวกับ quinones ล้านแตกต่างกัน เราได้พัฒนาชั้นใหม่ของแบตเตอรี่อิเล็กโทรไลต์ที่ขยายความสามารถของเราอย่างไร กล่าวว่า Kaixiang ลิน นักศึกษาปริญญาเอกที่ฮาร์วาร์ดและผู้เขียนแรกของกระดาษ "การสังเคราะห์อย่างง่าย ๆ หมายความว่า มันควรจะเป็นอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่มีมากต้นทุนต่ำ ซึ่งเป็นเป้าหมายสำคัญของโครงการนี้"การวิจัยใหม่ตีพิมพ์ในพลังงานธรรมชาติกระแสแบตเตอรี่เก็บพลังงานในการแก้ปัญหาในถังภายนอก - ที่ใหญ่กว่ารถถัง พลังงานมากขึ้นพวกเขาเก็บ ในปี 2014, Michael J. Aziz ยีน และศาสตราจารย์ Sykes Tracy ของวัสดุและเทคโนโลยีพลังงานที่ Harvard John A. Paulson วิศวกรรมและใช้วิทยาศาสตร์ (ทะเล), กอร์ดอนรอย ที่โทมัสดัดลีย์ Cabot ศาสตราจารย์วิชาเคมี และ วิทยาศาสตร์ศาสตราจารย์วัสดุ Alán Aspuru-Guzik ศาสตราจารย์วิชาเคมี และทีมที่ Harvard แทนที่ไอออนโลหะที่ใช้เป็นแบตเตอรี่ธรรมดาวัสดุอิเล็กโทรไลต์ในอิเล็กโทรไลต์เป็นกรดกับ quinones โมเลกุลที่เก็บพลังงานในพืชและสัตว์ ในปี 2015 ที่พวกเขาพัฒนา quinone ที่สามารถทำงานในการแก้ปัญหาอัลคาไลน์ควบคู่ไปกับสารเติมแต่งอาหารทั่วไปในงานวิจัยล่าสุด ทีมพบแรงบันดาลใจในวิตามิน B2 ซึ่งช่วยในการเก็บพลังงานจากอาหารในร่างกาย ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง B2 quinones ว่า อะตอมไนโตรเจน แทนออกซิเจนอะตอม มีส่วนร่วมในการรับ และการให้อิเล็กตรอนออกได้"มีเพียงไม่กี่ของการปรับแต่งการโมเลกุล B2 กลุ่มนี้ใหม่ของโมเลกุลกลายเป็น ผู้สมัครที่ดีสำหรับแบตเตอรี่อัลคาไลน์ไหล กล่าวว่า อะซีซ"พวกเขามีความมั่นคงสูงและละลาย และให้ความจุแบตเตอรี่สูงแรงดันไฟฟ้าและการจัดเก็บ เนื่องจากวิตามินจะทำให้ง่าย โมเลกุลนี้สามารถผลิตได้ในขนาดใหญ่ที่มีมากต้นทุนต่ำ""เราออกแบบโมเลกุลเหล่านี้ให้เหมาะสมกับความต้องการของแบตเตอรี่ของเรา แต่จริง ๆ มันเป็นธรรมชาติที่นัยวิธีนี้ในการเก็บพลังงาน กล่าวว่า กอร์ดอน นักเขียนอาวุโสร่วมของกระดาษ "ธรรมชาติมากับโมเลกุลที่คล้ายกันที่มีความสำคัญมากในการเก็บพลังงานในร่างกายของเรา"ทีมงานจะสำรวจ quinones เป็นจักรวาลใหม่นี้ของโมเลกุล แสวงหาแบตเตอรี่กระแสสูง ยาวนาน และราคาไม่แพงทยาของสำนักงานพัฒนาเทคโนโลยีมีการทำงานอย่างใกล้ชิดกับทีมวิจัยเพื่อนำความซับซ้อนขยับของตลาดเก็บพลังงาน และสร้างความสัมพันธ์กับบริษัทในตำแหน่งที่ดีเพื่อจำหน่ายเคมีใหม่

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

นักวิจัยฮาร์วาร์ได้ระบุคลาสใหม่ทั้งที่มีประสิทธิภาพสูงโมเลกุลของสารอินทรีย์แรงบันดาลใจจากวิตามินบี 2 ที่ปลอดภัยสามารถเก็บกระแสไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานเป็นระยะ ๆ เช่นพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมในแบตเตอรี่ขนาดใหญ่.

การพัฒนาสร้างในการทำงานก่อนหน้าซึ่งทีมพัฒนา การไหลแบตเตอรี่ความจุสูงที่พลังงานที่เก็บไว้ในโมเลกุลของสารอินทรีย์ที่เรียกว่า Quinones และสารเติมแต่งอาหารที่เรียกว่า ferrocyanide นั่นล่วงหน้าเป็นเกมที่เปลี่ยนการส่งมอบครั้งแรกที่มีประสิทธิภาพสูงไม่ติดไฟไม่เป็นพิษไม่กัดกร่อนและสารเคมีต้นทุนต่ำที่สามารถเปิดใช้งานขนาดใหญ่ที่เก็บไฟฟ้าราคาไม่แพง.

ในขณะที่ Quinones อเนกประสงค์แสดงสัญญาที่ดี สำหรับแบตเตอรี่ไหลนักวิจัยฮาร์วาร์ยังคงสำรวจโมเลกุลของสารอินทรีย์อื่น ๆ ในการติดตามผลการดำเนินงานที่ดียิ่งขึ้น แต่พบว่าเก่งกาจเหมือนกันในระบบอินทรีย์อื่น ๆ ได้รับการท้าทาย.

"ตอนนี้หลังจากพิจารณาประมาณล้าน Quinones แตกต่างกันเราได้มีการพัฒนาระดับใหม่ของวัสดุอิเล็กโทรไลแบตเตอรี่ที่ขยายความเป็นไปของสิ่งที่เราสามารถทำได้" Kaixiang หลินกล่าวว่า ปริญญาเอก นักศึกษาที่ Harvard และผู้เขียนครั้งแรกของกระดาษ "การสังเคราะห์ที่เรียบง่ายของมันหมายถึงมันควรจะเป็น manufacturable ในขนาดใหญ่ในราคาที่ต่ำมากซึ่งเป็นเป้าหมายที่สำคัญของโครงการนี้."

งานวิจัยใหม่ที่มีการเผยแพร่ในวารสาร Nature พลังงาน.

การไหลของพลังงานแบตเตอรี่เก็บในการแก้ปัญหาในถังภายนอก - The ที่ใหญ่กว่ารถถังพลังงานมากขึ้นพวกเขาเก็บ ในปี 2014 ไมเคิลเจซิยีนและเทรซี่ Sykes ศาสตราจารย์ของวัสดุและเทคโนโลยีพลังงานที่ฮาร์วาร์จอห์นเอ Paulson โรงเรียนวิศวกรรมและวิทยาศาสตร์ประยุกต์ (SEAS) รอยกอร์ดอน, โทมัสดัดลีย์ Cabot ศาสตราจารย์วิชาเคมีและศาสตราจารย์ของวัสดุ วิทยาศาสตร์อลัน Aspuru-Guzik ศาสตราจารย์วิชาเคมีและทีมงานของพวกเขาที่ฮาร์วาร์แทนที่ไอออนโลหะที่ใช้เป็นวัสดุอิเล็กโทรไลแบตเตอรี่ธรรมดาในอิเล็กโทรไลที่เป็นกรดด้วย Quinones โมเลกุลที่เก็บพลังงานในพืชและสัตว์ ในปี 2015 พวกเขาพัฒนา quinone ที่สามารถทำงานในการแก้ปัญหาอัลคาไลน์ควบคู่ไปกับสารเติมแต่งอาหารทั่วไป.

ในงานวิจัยล่าสุดนี้ทีมพบแรงบันดาลใจในวิตามินบี 2 ซึ่งจะช่วยให้การจัดเก็บพลังงานจากอาหารในร่างกาย ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง B2 และ Quinones คืออะตอมไนโตรเจนแทนของอะตอมออกซิเจนมีส่วนร่วมในการยกขึ้นและให้ปิดอิเล็กตรอน.

"มีเพียงคู่ของการปรับแต่งไป B2 โมเลกุลเดิมกลุ่มใหม่นี้ของโมเลกุลกลายเป็นผู้สมัครที่ดีสำหรับ แบตเตอรี่ไหลด่าง "อาซิสกล่าวว่า.

" พวกเขามีความมั่นคงสูงและการละลายและให้แรงดันแบตเตอรี่สูงและความจุ. เพราะวิตามินจะง่ายอย่างน่าทึ่งที่จะทำให้โมเลกุลนี้สามารถผลิตในขนาดใหญ่ในราคาที่ต่ำมาก. "

" เรา การออกแบบโมเลกุลเหล่านี้เพื่อให้เหมาะกับความต้องการของแบตเตอรี่ของเรา แต่จริงๆมันเป็นธรรมชาติที่เป็นนัยด้วยวิธีนี้ในการเก็บพลังงาน "กอร์ดอนผู้เขียนร่วมอาวุโสของกระดาษว่า "ธรรมชาติขึ้นมาด้วยโมเลกุลที่คล้ายกันที่มีความสำคัญมากในการเก็บพลังงานในร่างกายของเรา."

ทีมงานจะดำเนินการสำรวจ Quinones เช่นเดียวกับจักรวาลนี้ใหม่ของโมเลกุลในการแสวงหาการไหลที่มีประสิทธิภาพสูงในระยะยาวและราคาไม่แพง แบตเตอรี่.

สำนักงานฮาร์วาร์ของการพัฒนาเทคโนโลยีได้รับการทำงานอย่างใกล้ชิดกับทีมวิจัยเพื่อนำทางความซับซ้อนการขยับของตลาดการจัดเก็บพลังงานและสร้างความสัมพันธ์กับ บริษัท ในตำแหน่งที่ดีเพื่อเป็นการค้าเคมีใหม่