美国能源部DOE为储能联合研究中心续投1.2亿美元 用于液流电池材料研发

近日，美国能源部（DOE）宣布将在未来五年内为储能联合研究中心（JCESR）第二期投入1.2亿美元，以推进电池科学和技术研究开发。未来五年，阿贡国家实验室领导的JCESR将基于对材料原子和分子级别理论认知，采用“自下而上”模式开发用于不同电池的新型材料。其目标是设计和开发超出当前锂离子电池容量的多价化学电池，并研究用于电网规模储能的液流电池新概念。

JCESR将在五个方向进行重点研究以实现这些目标，包括：

液体溶剂化科学，重点研究内容包括：（1）静置状态溶剂化壳的平衡结构；（2）液体溶剂化对电荷界面和充电状态等扰动的动态响应。该研究主要基于JCESR之前五年在电解质基因组中引入并开发的有机分子模拟，以及界面处溶剂化和去溶剂化现象的原位表征。

固体溶剂化科学，开发所有固体电解质的溶剂笼机理，重点内容包括：（1）柔性溶剂笼，如膜和聚合物；（2）硬质脆性溶剂笼，如玻璃和水晶。该研究将大量借鉴JCESR之前五年通过材料项目开发的晶体模拟技术，并将进行原位X射线分析、核磁共振和传输研究。固体的固定溶剂笼概念能够与液体中的流动溶剂化壳相比较，从这个角度来看，液体电解质是固体电解质中柔性溶剂笼的终极。

流动性氧化还原科学，自下而上构建新型氧化还原剂，将新型构造的原子和分子结合起来，实现更高工作电压、更高移动性、更长寿命、更高安全性和更低成本。重点内容包括：（1）变革性新型氧化还原剂设计；（2）引入智能、响应和再生特性。该研究通过开发氧化还原活性聚合物或氧化还原剂，为JCESR之前五年提出的液流电池新概念奠定分子基础。

动态界面的电荷转移，结合计算机模拟和界面结构原位表征技术，预测和合成具有电极保护、选择性离子电导率和高稳定性的新界面。重点研究内容包括：（1）了解相邻电极和电解质组成的自发界面的演变过程；（2）研究界面定向生长以达到特定性能标准。

材料复杂性科学，通过计算机模拟缺陷晶体和长程无序玻璃，并在表征中研究如何控制材料缺陷浓度及无序程度。重点研究内容包括：（1）设计缺陷和无序材料以实现目标性能；（2）指导合成以实现目标缺陷浓度和无序程度。

编者按：JCESR是DOE最重要的储能技术研究中心之一，于2012年12月成立，汇集了多个学科和十几个领先实验室及高校的顶级专家，以解决储能领域的一系列重大科学挑战。在成立的前五年中，JCESR取得了一系列的研究成果，包括：示范了一种用于液流电池的新型隔膜；在用双电荷镁代替单电荷锂的电池科学基础方面取得了实质性进展；开发了计算工具，利用该工具筛选出了超过24000种潜在的电解质和电极化合物，用于新的电池概念和化学品。此外，该中心还产出了380多篇经过同行评审的论文，申请了100多项发明专利，成立了三家初创公司。