一种用于高效转换和储存太阳能的水系蒽醌太阳能氧化还原液流Trojan蓄电池

为了应对化石燃料日益枯竭以及其运用形成的环境污染问题，太阳能的转化与存储已成为未来清洁动力开展的必然选择[1,2]。在现有的太阳能运用技能中，直接将太阳能转化为电能的光伏技能现已完成商业化，但大规模电能存储技能仍需进一步开展[3]。光电催化水分化和二氧化碳复原可以将太阳能直接转化为可储存和运送的化学燃料，但由于其固有的反响动力学缓慢，尚未完成大规模商业化[4,5]。作为一种可以将太阳能直接以化学能形式存储并随后将其转化为电能的解决计划，solar redox flow batteries（SRFBs）近年来受到了广泛重视[[6], [7], [8], [9], [10], [11], [12]]。这些SRFBs结合了半导体光电转化和redox flow battery（RFB）技能，创造出一种集成了太阳能转化和电化学存储功用的新式器材。SRFBs为太阳能运用技能的开展拓荒了新途径，有望应用于大规模太阳能转化与存储领域。
太阳能充电氧化复原电池的概念开始提出于1976年[13]，而最早的太阳能充电氧化复原液流电池——运用活动的电活性物质作为储能介质，被称为SRFBs——则开发于2013年[14,15]。此后，SRFB技能在光电极资料、氧化复原对和离子选择性膜等多个方面取得了显著进展[[16], [17], [18], [19], [20]]。在氧化复原对方面，水相有机蒽醌衍生物因其可调的电化学电位、不可燃性、广泛的可获得性和本钱效益，已被公认为SRFBs中用于能量存储的首选资料[[21], [22], [23], [24], [25], [26], [27], [28]]。开始，基于蒽醌的SRFBs在酸性环境下运用蒽醌-2,7-二磺酸盐（AQDS）作为电解质[[22], [23], [24], [25]]。这些SRFB器材选用染料敏化TiO 2或硅基半导体资料作为光电极，其太阳能到输出电能功率（SOEE）坚持在相对较低的水平，数值分别为1.7%[23]、3.2%[24]和4.9%[25]。为了避免强酸性环境腐蚀光电极，研讨人员开发了在碱性条件下运转的基于蒽醌的SRFBs。例如，Mendes等人展示了运用AQDS和K 4 [Fe(CN) 6 ]氧化复原对以及赤铁矿光阳极完成碱性SFRBs的可能性，完成了...
在关于有机蒽醌衍生物作为储能介质的近期研讨中，Aziz等人展示了一种长寿命的水系氧化复原液流电池，该电池可在低至pH 12的环境下运转[29]。他们用高度碱溶性的羧酸盐结尾基团对2,6-DHAQ进行了功用化修饰，然后得到了一种电解质资料——4,4′-((9,10-anthraquinone-2,6-diyl)dioxy)dibutyrate（2,6-DBEAQ），其在pH 12时的溶解度是2,6-DHAQ的六倍。通过将2,6-DBEAQ与[Fe(CN) 6 ] 4− /[Fe(CN) 6 ] 3− 电解质配对，该液流电池在坚持开路电压超越1 V的同时，降低了容量衰减率。这项工作为蒽醌基SRFBs领域中的氧化复原对选择提供了一种代替计划。
在本研讨中，咱们开发了一种由单个三结非晶硅（3jn-a-Si）光阴极驱动的蒽醌基SRFB器材。该器材选用由2,6-DBEAQ和K 4 [Fe(CN) 6 ]组成的水系电解质作为其储能组分，在碱性环境（pH = 12）下高效运转。这种碱性环境保证了K 4 [Fe(CN) 6 ]的稳定性，并有用减少了光电极的腐蚀。该SRFB器材无需外部偏压即可进行光充电，并可放电超越15个循环。该器材的SOEE达到了约4.2%，这是现在报道的选用蒽醌基电解质的SRFBs中的高功率。这一已验证的器材系统为开发低本钱、经用且易于施行的光化学能转化技能拓荒了道路。