西湖大学与哈佛大学团队在基于液流电池的电化学碳捕集研究方面取得进展

在国家自然科学基金项目等资助下，西湖大学王盼团队与哈佛大学Michael J. Aziz团队、国科大杭州高等研究院季云龙团队合作，发展了一类基于吩嗪衍生物水溶性的有机储能小分子，利用水系有机液流电池在充放电过程中实现电化学碳捕集。相关成果以“基于吩嗪衍生物的液流储能系统与电化学二氧化碳捕集（A Phenazine-based High-Capacity and High-Stability Electrochemical CO2Capture Cell with Coupled Electricity Storage）”为题，于2023年8月24日发表在《自然?能源》（Nature Energy）上。

水系液流电池储能技术以其安全性高、循环寿命长等优势，成为电力系统进行大规模长时储能的首选技术之一。面对传统化石燃料的大量消耗引起的温室效应、气候变化，在提高清洁能源利用率的同时，二氧化碳的低能耗、高效率捕集是打造碳循环的重要课题。

图 二氧化碳捕获-释放与液流电池充电-放电过程

a. 二氧化碳捕获与能量存储

b. 二氧化碳释放与能量传递过程

上述团队发展了一类基于吩嗪衍生物的水溶性有机小分子1,8- ESP（图），利用其在水系液流电池电化学储能，即充-放电中，发生的质子耦合氧化还原反应，引起水溶液中pH的变化过程，在储能的同时实现了二氧化碳的富集与释放。该体系具有0.86-1.41 mol/L的二氧化碳捕集容量，其能量成本可低至36 kJ/mol，可长时间连续稳定运行。相较于传统胺吸收技术，该电化学过程能耗低且安全友好。

该工作发展的以水溶性有机小分子1,8- ESP为活性物质的电池体系，实现了高容量CO2的高效捕集，并可同时实现稳定的电能存储。在未来应用中，企业能够根据市场需求进行储能与碳捕集的及时调整与响应，来获得最大经济效益，为后续电化学介导的CO2捕集技术提供重要理论参考。