会吸二氧化碳的电池！西湖大学开发新型有机储能材料

从空气中捕获二氧化碳，再生成清洁能源，近期，西湖大学王盼团队与哈佛大学Michael J. Aziz团队、国科大杭高院季云龙团队合作，开发了能够捕获与释放二氧化碳的水系液流电池。他们基于一类基于吩嗪衍生物的水溶性有机储能小分子，并提出了在水系有机液流电池充放电过程中实现电化学碳捕获一体化的方法。相关成果发表于《自然-能源》。

风能、太阳能、潮汐能、地热等都属于清洁能源，但由于其本身的间歇性和不连续性，利用效率非常低。找到高效、安全的中间储能方式变得尤为重要。

水系液流电池使用水作为介质，对地理环境要求低，是一种非常安全、环境友好、高效的电化学储能手段。在液流电池中，正负极电解液分别储存在外部储液罐中，通过循环泵传送到电堆，活性物质在电极表面发生氧化还原反应实现能量的储存与释放。活性物质由电池中的离子交换膜隔离开，以阻止正负极材料的交叉污染。

西湖大学研究员王盼所带领的有机功能材料实验室聚焦于以有机合成化学为基础的功能分子的设计，以材料功能为导向，赋予有机分子独特的结构特性进行精准合成。

此前，王盼实验室发现吩嗪类有机小分子在充放电过程中，由于其独特的质子耦合氧化还原特性，会在水溶液中引起“pH摇摆”现象。于是想到利用这一现象，借助液流电池系统充当“碳捕手”。他们根据不同功能及应用场景，开发了一系列吩嗪“家族”新成员。其中，1，8-ESP与1，6-AFP共享同样的“骨架”（母核），但嫁接着不一样的“肢体”（官能团）；上一代小分子所使用的是氨基酸，而这一代，团队换为了磺酸根。于是，“老骨架”抽出新芽，迸发了新生机：它既能实现水系液流电池的储能功用，也能捕获与释放二氧化碳。

研究人员测试了1，8-ESP的水系液流电池的性能，发现这个小分子及其发展而来的电池，具有“从酸到碱”都适宜的高水溶性、较好的二氧化碳捕获表现、较高的稳定性、良好的抗氧化性、较低的能量成本。

在实际运行过程中，以1,8-ESP为活性物质的电池体系，既可作为二氧化碳捕集系统，也可同时进行能量存储。该系统能够根据市场与实际需求，来进行储能与碳捕集的及时调整与响应，以获得最大经济效益。

下一步，王盼实验室希望找到一种更理想的有机材料，能够以此为基础，可以直接从空气中高效捕获二氧化碳。目标是打造二氧化碳循环利用的碳闭环。即清洁能源提供的能量，一方面可以进行电化学存储，另一方面可以为从空气中捕获二氧化碳（来源包括工厂废气、汽车尾气等，只要人类还在使用化石燃料，产生的二氧化碳就避无可避）捕获供能；然后，把这些二氧化碳当作为原料进行下一步的转化，产生附加值更高的化学品和清洁能源（比如生产甲醇、乙烯），由此实现良性循环。