斯坦福大学推出了用于电网储能的新型液体燃料技术

斯坦福大学的科学家们正在通过开发生产异丙醇的新催化系统来增强液体燃料的储存方法，以优化能量保持和释放。

随着世界迅速转向可再生燃料，它需要新的技术来为电网储存电力。太阳能发电量会在夜间下降，在冬季下降。风力发电起起伏伏。因此，很多地区依然严重依赖天然气来缓解可再生能源的起伏。

“电网消耗能量的速度和你产生能量的速度是一样的，如果你当时不用它，又不能储存，你就必须把它扔掉，”人文与科学学院的化学教授罗伯特·韦茅斯（Robert Waymouth）说。

现在，韦茅斯正在带领斯坦福大学的一个团队探索一种新兴的可再生能源存储技术：液态有机氢载体（LOHCs）。氢已经被用作燃料或发电的手段，但包含和运输它是很棘手的。

“我们正在开发一种新的策略，可以选择性地将电能转化为液体燃料并长期储存，”韦茅斯说，他是一项研究的资深作者，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颖的选择性催化系统，可以在液体燃料中储存电能，而不会产生气态氢。”

液体电池

用于为电网储存电力的电池（加上智能手机和电动汽车的电池）， 使用的是锂离子技术。由于能量存储的规模，研究人员在继续寻找可以补充这些技术的系统。

候选材料包括LOHC，它可以通过催化剂和高温储存和释放氢气。有一天，LOHC可以广泛用作“液体电池”，储存能量，并在需要时有效地将其作为可用的燃料或电力返回。

韦茅斯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 —— 或外用酒精 —— 是一种高密度液态的氢，可以储存或通过现有的基础设施运输，直到它被用作燃料电池的燃料，或者在不排放二氧化碳的情况下释放氢。

然而，用电生产异丙醇的方法效率很低。来自水的两个质子和两个电子可以转化为氢气，然后催化剂可以从氢气中产生异丙醇。“但是，在这个过程中你不需要氢气，”韦茅斯说。“它的单位体积能量密度很低。我们需要一种直接从质子和电子中制造异丙醇而不产生氢气的方法。”

这项研究的主要作者丹尼尔·马龙（Daniel Marron）最近完成了斯坦福大学的化学博士学位，他确定了如何解决这个问题。他开发了一种催化剂系统，将两个质子和两个电子与丙酮结合，选择性地产生LOHC异丙醇，而不产生氢气。他用铱做催化剂。

一个关键的惊喜是“钴烯（Cobaltocene）”，它是一种神奇的添加剂。钴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，钴烯作为辅助催化剂是非常有效的，它直接将质子和电子传递给铱催化剂，而不是像之前预期的那样释放氢气。

一个基本的未来

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系统更实惠和可扩展。

“这是基础的基础科学，但我们认为我们有一种新的策略，可以更有选择性地将电能储存在液体燃料中，”韦茅斯说。

随着这项工作的发展，人们希望LOHC系统可以改善工业和能源部门、太阳能或风力发电场的能源储存。

尽管幕后的工作复杂而富有挑战性，但正如韦茅斯所总结的那样，这个过程实际上相当优雅：“当你有多余的能量，而电网对它没有需求时，你就把它储存为异丙醇。当你需要能量的时候，你可以把它转换成电。”