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Joaquin Rodriguez-Lopez为可持续能源的未来设计电池

2018-11-17 12:31:39 • 来源：ScienceNews

杰昆·罗德里格斯·洛佩兹被打入电化学领域。当他在大学里意识到他可以把机器和电线连接起来，将化学物质转化为能源时，他“完全被说服了”，他说。

如今，他正在解决在美国电网上推广可负担得起的可再生能源的一大障碍:存储。储存风能和太阳能产生的大量能量的流动电池需要更有效地储存这些能量，当太阳不发光或微风减弱时。

35岁的罗德里格斯-洛佩兹(Rodriguez-Lopez)在伊利诺伊大学香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)的实验室里设计了一种新型材料，可以在电池中储存电荷，从而提高电池的效率。他不会就此止步。“我们设计了看待材料的新方法，我们设计了更好的材料，”他说。

他在伊利诺伊大学的合作者杰弗里·摩尔称赞他“渊博的知识……愿意分享它”。罗德里格斯-洛佩斯一直以社区为中心。他在墨西哥长大，在英国百科全书的帮助下，在家里玩了几个小时。但他说，在学校里，他会和学习成绩不佳的孩子们呆在一起。他喜欢帮助他们。

今天，他仍然被摩尔和其他人的合作所吸引，通过联合能源储存研究中心，这个由美国能源部资助的项目将新的电池和燃料电池技术从实验室带到商业化。

摩尔说:“他确实展示了让一个团队朝着共同目标共同努力的能力。”

今天材料科学的一个重要目标是制造更好的电池(SN: 1/21/17, p. 22)。罗德里格斯-洛佩斯说，无处不在的锂离子电池为手机和笔记本电脑供电，但这未必是储存风力涡轮机或太阳能电池板产生的大量能量的最佳方式。因此，他的实验室的一个主要焦点是改进流动电池。

流动电池有两个装有溶液的大容器，一个带正电荷，一个带负电荷。容器由一层膜隔开，在那里两种溶液相遇并发生化学反应，产生电子或电流。要使锂离子电池储存更多的电荷，就需要增加正负电极的比例，而正负电极是由昂贵的材料制成的。但为了扩大流动电池的规模，只需增加液体罐的大小，成本不会太高。

罗德里格斯-洛佩斯说:“不是有大电极，而是有大水箱。”这是一种储存风能或太阳能产生的大量电能供以后使用的更简单的方法。

但是在今天的流电池中，反应驱动的粒子有时会泄漏到膜上，浪费能量。Rodriguez-Lopez和他的同事们已经设计了一种新的体积庞大的粒子，这种粒子在液体中仍能很好地溶解，但却不能穿过障碍物。这些聚合物在2014年发表在《美国化学学会杂志》(Journal of the American Chemical Society)上，将几十个甚至数百个更小的单元连接成一系列形状。这些粒子通过一系列化学反应在电池中储存并释放电能，这些化学反应沿着聚合物单元一个单元前进，就像火焰向上移动火柴一样。

罗德里格斯-洛佩斯(Rodriguez-Lopez)几年前开始这项研究时，它只是联合能源存储研究中心(Joint Center for Energy Storage research)的一个附属项目。是导演。克雷布特里说，多亏了罗德里格斯-洛佩斯，这项工作现在成了该中心的重点工作。

不过，罗德里格斯-洛佩斯考虑的远不止设计新材料。他还使用了新技术来弄清楚这些物质为什么以及如何以这种方式工作，这样他就能更理性地排除故障，最终使分子按照他的意愿工作。

例如，他已经成为扫描电化学显微镜的专家，这样他就可以观察电子随着化学反应沿着他漫长的分子运动。他使用这种技术来实现电池的理想性能。

展望未来，Rodriguez-Lopez说他想要给他的分子设计工作带来更多的生物学影响。毕竟，他说，细胞中充满了大量的蛋白质，这些蛋白质经过精细的调整以适应特定的工作。例如，有些人在损坏时可以自我修复，而另一些人可以自我毁灭。他说，理解大自然的复杂性可以帮助他设计出电池的材料，使其能以更复杂的方式反应。

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