液流電池可低溫穩定運行100小時(shí)

中國科學(xué)院金屬研究所研究員李瑛、唐奡帶領(lǐng)團隊在新型低成本鐵基液流電池儲能技術(shù)研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。近日，相關(guān)研究成果分別發(fā)表于《化學(xué)工程雜志》(Chemical Engineering Journal)和《微尺度》(Small)。

據了解，在諸多新型儲能技術(shù)路線(xiàn)中，以全釩液流電池為代表的液流電池儲能技術(shù)，本質(zhì)安全、可靈活部署，成為長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)中的首選電化學(xué)儲能技術(shù)路線(xiàn)。研發(fā)低成本液流電池新體系、新技術(shù)，是解決現階段液流電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展瓶頸問(wèn)題的有效途徑。

研究發(fā)現，全鐵液流電池以低成本氯化亞鐵作為活性物質(zhì)，有效避免了正負極交叉污染，但受制于鐵負極電化學(xué)反應可逆性差的制約，現有性能無(wú)法滿(mǎn)足應用要求。

為此，研究人員通過(guò)在電極界面進(jìn)行金屬刻蝕處理，使得電極纖維表面富含缺陷結構，有效調控了鐵離子在電極界面的沉積反應成核特性，促進(jìn)了鐵沉積反應均一性及氧化還原反應動(dòng)力學(xué)，并利用理論計算和仿真分析揭示了鐵離子在碳缺陷處的雜化作用增強機制及鐵沉積過(guò)程演化規律。

在此基礎上組裝的全鐵液流電池實(shí)現了每平方厘米80毫瓦的功率密度和250圈循環(huán)99%的電流效率，循環(huán)穩定性有效提升了10倍。研究結果證明，電極界面優(yōu)化設計可有效提升鐵負極性能，為實(shí)現全鐵液流電池高效穩定運行提供了新途徑。

研究還發(fā)現，電極設計策略有效提升了全鐵液流電池的循環(huán)性能指標，但受水系電解液0℃凝固的制約，全鐵液流電池在高寒地區的低溫運行仍難以實(shí)現。弱化水分子間相互作用、降低電解液凝固點(diǎn)，是解決上述問(wèn)題的首要途徑。

為此，研究人員通過(guò)在溶液中引入極性溶劑，利用極性分子與氫鍵相互作用，成功弱化了溶液的水合氫鍵網(wǎng)絡(luò )，將電解液凝固點(diǎn)有效降低到-20℃以下，協(xié)同提升了鐵負極電化學(xué)可逆性，首次實(shí)現了全電池在-20℃低溫條件下穩定運行100小時(shí)。研究結果為寬溫域全鐵液流電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)與應用推廣奠定了技術(shù)基礎。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150592

https://doi.org/10.1002/smll.202307354