液流電池可在-20℃低溫穩(wěn)定運行100小時
4月2日，《中國科學(xué)報》從中國科學(xué)院金屬研究所（以下簡稱金屬所）獲悉，該所研究員李瑛和唐奡帶領(lǐng)團隊在新型低成本鐵基液流電池儲能技術(shù)研究領(lǐng)域取得新進展。相關(guān)研究成果近日分別發(fā)表于Chemical Engineering Journal和Small。
據(jù)了解，在諸多新型儲能技術(shù)路線中，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，成為長時儲能技術(shù)中的首選電化學(xué)儲能技術(shù)路線。研發(fā)低成本液流電池新體系新技術(shù)，是解決現(xiàn)階段液流電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展瓶頸的有效途徑。
研究發(fā)現(xiàn)，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(yīng)可逆性差的制約，現(xiàn)有性能無法滿足應(yīng)用要求。
為此，金屬所研究人員通過在電極界面進行金屬刻蝕處理，使得電極纖維表面富含缺陷結(jié)構(gòu)，有效調(diào)控了鐵離子在電極界面的沉積反應(yīng)成核特性，促進了鐵沉積反應(yīng)均一性及氧化還原反應(yīng)動力學(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程演化規(guī)律。
在此基礎(chǔ)上組裝的全鐵液流電池實現(xiàn)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(wěn)定性有效提升了10倍。研究結(jié)果證明，電極界面優(yōu)化設(shè)計可有效提升鐵負極性能，為實現(xiàn)全鐵液流電池高效穩(wěn)定運行提供了新途徑。
研究還發(fā)現(xiàn)，電極設(shè)計策略有效的提升了全鐵液流電池的循環(huán)性能指標(biāo)，但受制于水系電解液0℃凝固的制約，全鐵液流電池在高寒地區(qū)的低溫運行仍難以實現(xiàn)。弱化水分子間相互作用，降低電解液凝固點，是解決上述問題的首要途徑。
為此，金屬所研究人員通過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)，將電解液凝固點有效降低到-20℃以下，且協(xié)同提升了鐵負極電化學(xué)可逆性，首次實現(xiàn)了全電池在-20℃低溫條件下穩(wěn)定運行100小時，研究結(jié)果為寬溫域全鐵液流電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化開發(fā)與應(yīng)用推廣奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150592
https://doi.org/10.1002/smll.202307354
