西湖大学王盼：水系液流电池储能具有强大应用价值

21世纪经济报道记者 申俊涵 报道

8月15日下午，21世纪经济报道、21世纪创投研究院联合西湖教育基金会、西湖女性科学家发展支持计划在西湖大学举办“当女性科学家‘YU见’女性投资人”跨界闭门研讨会。

30余位女性科学家和女性投资人齐聚一堂，共同就为中国基础科学、应用科学研究助力，探索未知领域、创造社会价值、延展资本价值等话题展开讨论。

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西湖大学理学院有机功能材料实验室PI（Principal Investigator）王盼在发言中分享了女性科学家常遇到的成长困惑，并介绍了课题组在有机合成化学、能源化学和材料化学交叉领域展开的工作，以及在水系有机液流电池储能领域取得的研究成果。

榜样力量鼓舞下，坚守科研路

“我们主要是以有机合成化学为工具来设计、合成特定功能的有机新材料、新化合物，赋予他们不同的应用场景。”王盼说。

作为西湖大学理学院目前唯一一名女性博导，王盼的成长之路激励着越来越多女性走向科研道路，而她本人在坚守科研梦的过程中，也深受榜样力量的鼓舞。

据了解，王盼在2010年本科毕业于中南大学，获理学学士学位。2015年，她毕业于中国科学院上海有机化学研究所，获博士学位。

“其实读博士挺难的，在科研过程中，不仅需要扎实的知识积累、敏锐的洞察力，更重要的是强大坚定的内心，面对和克服困难的勇气。”王盼说。在博士三年级时，由于课题进展不顺，王盼曾产生放弃继续科研的想法。博导唐勇院士的鼓励，让王盼最终选择坚持下来。

唐勇向王盼分享了很多身边的例子，告诉她女性拥有自己事业的重要性。同时，有很多女性在化学领域科研做得非常好。比如现任西湖大学化学生物学讲席教授的杨丹，在当时就已经是很出色的女性科研人员。“那时我就把杨丹教授当作我的榜样，一直激励我在科研道路上走下去。”王盼说。

博士毕业后，王盼出国继续追逐自己的科研梦。在2016-2019年期间，王盼进入麻省理工学院MIT从事博士后研究，合作导师为美国国家科学院、美国艺术与科学院双院院士Timothy M. Swager教授。

2019年底，王盼入职西湖大学理学院（PI/博导），组建有机功能材料实验室。“我在西湖大学最大的感受就是很自由，我可以全心投入到科学研究中，做任何感兴趣的课题。”她说。

据了解，王盼实验室在有机合成化学、能源化学和材料化学交叉领域开展工作，致力于设计和发展新型有机功能材料，探索有机小分子、高分子材料在光能、电能和化学能之间的相互转化。发展功能性膜材料、新型储能材料，研究其在能量转化与存储等学科前沿交叉领域中的应用。

带领团队在水系液流电池储能领域取得优秀成果

随后，王盼介绍了实验室开展研究工作的具体情况和相关成果。她表示，目前相关统计数据表明，如果想在2050年之前让全球陆地与海洋平均温度上升小于1.5℃，则必须进行能源结构调整，使化石能源的使用占比低于10%，清洁能源发电量达到90%以上。

风能、太阳能、潮汐能、地热等都属于清洁能源，但其利用效率非常低。王盼解释称，这背后最重要的原因在于清洁能源本身的间歇性和不连续性，没有很好的办法在太阳能、风能丰富的时候储存，在用电高峰的时候将这部分能量释放。因此带来了很大的浪费，导致弃风与弃光现象非常普遍。由此，找到高效、安全的中间储能方式变得尤为重要。

水系液流电池使用水作为介质，对地理环境要求低，是一种非常安全、环境友好、高效的电化学储能手段。在液流电池中，正负极电解液分别储存在外部储液罐中，通过循环泵传送到电堆，活性物质在电极表面发生氧化还原反应实现能量的储存与释放。活性物质由电池中的离子交换膜隔离开，以阻止正负极材料的交叉污染。

目前，王盼实验室主要做两方面探索。一是开发具有氧化还原活性的储能物质。团队希望用有机材料作为储能活性物质，即充放电的材料。团队需要做出水溶性的有机化合物，同时使其溶解度、能量密度与现主流的钒电池媲美，甚至做到更高，才可能在矿产资源受到限制的时候成为替代品之一。

第二，该技术的另一瓶颈及核心部件来自于阴阳离子交换膜，离子交换膜与储能活性物质的总成本约占整体成本的30%。团队希望从分子水平，设计合成一些新结构的有机单体，开发不同结构的聚合物材料，来合成具有低渗透率、高电导率的离子交换膜材料。

王盼介绍称，过去三年多时间里，实验室在有机正、负极材料方面做了很多工作。同时，团队合成的聚合物的离子交换膜，目前性能优于商业化的DSV，有着较好的发展前景。

总结来说，目前王盼团队在水系液流电池储能领域已经取得一定的优秀成果。以有机合成化学为手段、材料功能为导向进行分子设计与精准合成，发展了一系列吩嗪类水溶性有机储能材料应用于电化学储能。该类液流电池体系表现出长寿命、低容量衰减、安全环保等特性，在水系电化学液流储能系统中具有强大应用价值，为解决当前能源与环境问题提供基础。

目前团队的一个重要研究方向是利用电化学储能实现清洁能源的高效利用，借助有机化合物独特的化学反应过程，利用水溶液中pH的变化和新能源提供的能量实现二氧化碳的高效捕获，得到纯二氧化碳。然后再将纯二氧化碳进一步转化，形成高附加值的甲烷、甲醇、乙烯等。

对于未来的愿景，王盼表示，打造二氧化碳循环利用的闭环是人类社会可持续发展的重要议题，而这方面还有很长的路要走。

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