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为解决能源存储与转换领域的可持续性难题，研究人员开展 “Safe-and-Sustainable-by-Design（SSbD）理念下氧化还原活性分子用于储能应用” 的研究。结果表明，该理念能优化材料和工艺，筛选出更安全、可持续的材料。这为可持续能源存储应用发展提供重要方向12。
在全球能源转型的浪潮中，欧洲的能源格局正经历着前所未有的变革。气候变迁和地缘政治因素推动欧洲能源政策加速调整，可再生能源在电力供应中的占比不断攀升。然而，这也带来了新的挑战：能源供应与需求的时空错配问题日益凸显。比如，风力发电在风力强劲地区电力充沛，但在无风时却供应不足；太阳能依赖光照，夜晚或阴雨天便无法稳定发电。与此同时，能源存储系统（ESS）的发展滞后成为制约能源高效利用的关键瓶颈。传统电池技术，如锂离子电池（LIB）和氧化还原液流电池（RFB），虽各有优势，但都面临着原材料困境。LIB 所需的锂、钴等关键原材料在欧盟供应短缺，且存在安全隐患，像热失控引发的起火风险；RFB 使用的钒虽在火灾安全性上表现较好，但其毒性较高，且原材料的开采和运输会对生态环境造成破坏。此外，评估 ESS 的环境和社会影响面临诸多挑战，如技术性能数据和生命周期评估（LCA）数据的缺乏、系统边界的选择困难等。在这样的背景下，开展该项研究，对推动能源存储领域的可持续发展意义重大。
来自奥地利 BioNanoNet Forschungsgesellschaft mbH（BNN）等研究机构的研究人员，为解决上述问题，以 SSbD 理念为核心，针对氧化还原活性分子在有机氧化还原液流电池中的应用展开研究。研究发现，通过该理念筛选和评估相关标准及性能参数，能够优化材料和工艺，从而获得更安全、可持续的氧化还原活性材料，为能源存储应用的可持续发展奠定了基础。该研究成果发表在《Energy, Sustainability and Society》杂志上。
研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：一是利用社会生命周期评估（sLCA）和简化的 LCA 方法，评估材料和产品在整个生命周期中的环境和社会影响；二是通过生态毒性测试，如使用大型溞固定化试验，检测化学物质对环境的毒性；三是采用迭代方法优化醌的合成，以改善其生态毒性。
研究结果如下：
- 合成路线的材料安全分析：对 A、B 两条合成路线进行材料安全分析，发现两者化学物质清单相似，主要差异在于溶剂选择（A 路线用四氢呋喃 THF，B 路线用 2 - 甲基四氢呋喃 MTHF），且 B 路线不含甲苯，含有过氧化氢和硝酸钠。
- 溶剂选择对可持续性的影响：THF 常由化石原料生产，不符合可持续发展原则。MTHF 可由生物基原料制备，是更绿色的替代溶剂。使用 MTHF 合成 2 - 甲氧基对苯二酚（MHQ），不仅能达到与 THF 相似的产率，还具有更低的毒性和更好的干燥性能3。
- 醌的生态毒性测试：通过大型溞固定化试验，发现 MHQ 和对苯二酚（MQ）对大型溞具有高毒性，而新合成的对称二氨基醌（MGQ）和甲氧基氢醌磺酸酯（MHQS）则表现出低毒性，几乎不会对大型溞的活动能力造成损害45。
- 环境热点分析：简化的 LCA 分析显示，MHQ 电解质生产过程中，能源输入是全球变暖潜能值（GWP）的主要贡献因素，其中从木质素生产香草醛的过程能耗最大，约占 GWP 的 60%6。
- 社会热点分析：对涉及木质素生产国家的社会风险分析表明，不同国家在工人安全和福利方面存在显著差异。例如，巴西在多数指标上存在较高风险，芬兰在工人健康和安全方面风险较高，而奥地利的风险相对较低7。
研究结论和讨论部分指出，SSbD 理念在评估生物基香草醛衍生的醌用于 RFBs 的过程中发挥了重要作用。通过选择更绿色的溶剂、避免使用有害化学物质和开发低毒的醌变体，显著提高了醌合成的安全性和可持续性。然而，研究也存在一些局限性，如缺乏可靠的 LCA 数据，不同国家的社会风险数据存在差异且部分数据准确性存疑等。尽管如此，该研究为未来电池设计在安全和可持续性方面提供了重要参考，为推动能源存储技术向更环保、更安全的方向发展迈出了坚实的一步。它不仅有助于减少能源存储系统对环境和社会的负面影响，还为相关政策制定和产业发展提供了科学依据，对实现全球能源的可持续发展具有重要意义。
