电动汽车 (EV) 的销量在过去几年呈指数级增长，对太阳能和风能等可再生能源的需求也呈指数级增长。根据国际能源署 (IEA) 的数据，截至 2020 年，美国有近 180 万辆注册电动汽车，是 2016 年的三倍多。
电动汽车需要随时随地提供电力以进行充电，但太阳能和风能是间歇性能源，无法按需提供。他们产生的电力需要储存起来以备后用，而不是浪费掉。这就是阿克伦大学聚合物科学与聚合物工程学院教授 Yu Zhu 博士和他的研究团队通过开发一种更稳定的方式来储存这种重要能量的地方。
就像今天的加油站一样，发电站需要一个存储系统来保持电动汽车的电力不断充电。低成本、可扩展的氧化还原液流电池 (RFB) 是此类系统最合适的技术之一;然而，当前的 RFB 使用高成本且对环境有害的活性材料(电解质)。最近，水溶性有机材料已被提议作为 RFB(即水性有机 RFB，或 AORFB)中的未来电解质。有机基电解质可以从可再生资源中获得，并且制造成本非常低。然而，缺乏稳定的水溶性有机电解质材料，尤其是正极电解质(阴极电解液)，是 AORFB 的主要障碍。
朱的研究小组与王伟博士领导的太平洋西北国家实验室的科学家合作，成功开发了迄今为止在 AORFB 中最稳定的阴极电解液(正极电解液)，并展示了在 6,000 次循环中保持超过 90% 容量的电池，预计以每天一个周期的速度提供超过 16 年的不间断服务。他们的研究最近发表在《自然能源》上，其中包括朱的博士生李翔和赖云玉的贡献。
“高性能RFB的开发将丰富电力储能系统的类别，弥补间歇性可再生能源的缺点，从而大大提高车辆等电力设施的可用性，”朱说。“为了显着提高水性有机 RFB 的性能，开发新阴极电解液的紧迫性至关重要。”
在Nature Energy论文中，该团队不仅展示了 AORFB 中最先进的阴极电解液，而且还提供了一种全新的设计水溶性阴极电解液以提高其在水中的溶解度(能量密度)的策略。研究人员没有通过附加亲水性官能团来提高分子的溶解度，而是改变了分子的对称性，从而显着提高了溶解度。借助新的设计策略，该团队计划设计新材料，以进一步完善 RFB。
已根据本研究开发的技术提交了专利申请。材料的可扩展性将在 Akron PolyEnergy Inc. 进行进一步研究，Akron PolyEnergy Inc. 是由朱共同创立的 UA 分拆公司，专注于开发包括锂离子电池和液流电池在内的储能设备材料。
