För att driva hela samhällen med ren energi, som sol- och vindkraft, ett pålitligt reservlagringssystem behövs för att ge energi när solen inte skiner och vinden inte blåser.

En möjlighet är att använda överskott av sol- och vindbaserad energi för att ladda kemikalielösningar som sedan kan lagras för användning när solsken och vind är knappa. Vid den tiden, de kemiska lösningarna av motsatt laddning kan pumpas över fasta elektroder, på så sätt skapas en elektronväxel som ger ström till elnätet.

Nyckeln till denna teknik, kallas ett redoxflödesbatteri, hittar kemikalier som inte bara kan "bära" tillräcklig laddning, men också förvaras utan att försämras under långa perioder, därigenom maximera kraftproduktionen och minimera kostnaderna för att fylla på systemet.

University of Rochester forskare, arbeta med kollegor vid University at Buffalo, tror att de har hittat en lovande förening som kan förändra energilagringslandskapet.

I ett papper publicerat i Kemisk vetenskap , en open access -tidskrift för Royal Society of Chemistry, forskare i Ellen Matsons labb, biträdande professor i kemi, beskriv modifiering av ett metalloxidkluster, som har lovande elektroaktiva egenskaper, så att det är nästan dubbelt så effektivt som det omodifierade klustret för elektrokemisk energilagring i ett redoxflödesbatteri.

"Energilagringsapplikationer med polyoxometalater är ganska sällsynta i litteraturen, "säger huvudförfattaren Lauren VanGelder, ett tredje års doktorsexamen student i Matsons lab. "Det finns kanske ett eller två exempel före vårt, och de maximerade inte riktigt potentialen i dessa system. "

"Detta är verkligen ett outnyttjat område för molekylär utveckling, "tillägger Matson.

Klyngan utvecklades först i labbet av den tyska kemisten Johann Spandl, och studerade för dess magnetiska egenskaper. Tester utförda av VanGelder visade att föreningen kunde lagra laddning i ett redoxflödesbatteri, "men var inte så stabil som vi hade hoppats."

Dock, genom att göra vad Matson beskriver som "en enkel molekylär modifiering"-att ersätta föreningens metanol-härledda metoxidgrupper med etanolbaserade etoxidligander-kunde laget utöka det potentiella fönstret under vilket klustret var stabilt, fördubbla mängden elektrisk energi som kan lagras i batteriet.

Matson säger:"Det som är riktigt coolt med detta arbete är hur vi kan generera etoxid- och metoxidkluster genom att använda metanol och etanol. Båda dessa reagenser är billiga, lättillgänglig och säker att använda. Metall- och syreatomerna som utgör resten av klustret är jordartade element. Det enkla, effektiv syntes av detta system är en helt ny riktning inom laddningsbärarutveckling som, vi tror, kommer att sätta en ny standard inom området. "

Den elektrokemiska testningen som krävdes för denna studie involverade utrustning och tekniker som inte tidigare använts i Matson -labbet. Därför samarbetet med Timothy Cook, biträdande professor i kemi vid University of Buffalo, och Anjula Kosswattaarachchi, en fjärdeårs doktorand i Cook-labbet. VanGelder besökte Cook -labbet för utbildning i testutrustning, och i sin tur hjälpte Kosswattaarachchi med att syntetisera föreningar.

De två grupperna har ansökt om bidrag från National Science Foundation som en del av ett pågående samarbete för att ytterligare förfina klustren för användning i kommersiella redoxflödesbatterier.

Matson betonade den "avgörande roll" som VanGelder spelade, som genomförde de första testerna och experimenten på klustren medan Matson var mammaledig. "Som tredjeårs doktorand, hon gjorde ett otroligt jobb med att starta detta projekt. Hon har spelat en viktig roll för att driva denna forskningsinsats i labbet, "Säger Matson.