藉由觸媒將二氧化碳做為活性物質之新型氧化還原液流電池

 

刊登日期:2023/11/3
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日本產業技術總合研究所(AIST)與京都大學藉由觸媒利用二氧化碳與甲酸鹽(Formate)的氧化還原,共同開發了一項新型氧化還原液流電池。輸出功率與儲能容量彼此獨立的氧化還原液流電池在設計上具有高度靈活性,易於大型化,因此可望成為定置用大型蓄電池的應用選項而受矚目,但活性物質的選擇僅限於進行可逆氧化還原之金屬離子與有機分子。

有鑑於此,研究團隊提出了一項想法,若能藉由錯合物觸媒進行氧化還原,過去無法利用做為活性材料的化合物將可獲得利用,因此選擇了穩定且單純的代表性化合物-二氧化碳做為模型化合物,展開了藉由觸媒之氧化還原液流電池的實證實驗。研究團隊透過在負極採用經由銥(Ir)觸媒之二氧化碳與甲酸鹽的氧化還原,以及二價、三價錳的氧化還原為正極,製作出氧化還原液流電池,並成功地進行了充放電的實證。

充電時,二氧化碳在負極透過錯合物觸媒還原為甲酸鹽,錳在正極由二價氧化為三價。放電時,甲酸鹽則在負極透過錯合物觸媒氧化成二氧化碳,而錳在正極從三價還原為二價。此外,透過觸媒結構、充放電條件的最佳化,已確認可以充放電至少50次,且顯示電池性能的庫侖效率持續穩定超過90%,並獲得了最大1.5 Ah L-1的比放電容量。

在此次的研究中,發現了錯合物觸媒在四價態下發揮作用的特殊之處,這些研究成果證明過去無法應用做為活性材料的化合物將可透過觸媒的利用予以活物質化,擴大活性材料的選擇範圍,將能有助於提高氧化還原液流電池性能之新活性材料的開發。


資料來源: https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2023/pr20231004/pr20231004.html
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