中國科學(xué)院金屬研究所研究員李瑛、唐奡帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在新型低成本鐵基液流電池儲(chǔ)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(jù)了解，在諸多新型儲(chǔ)能技術(shù)路線中，以全釩液流電池為代表的液流電池儲(chǔ)能技術(shù)，本質(zhì)安全、可靈活部署，成為長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)中的首選電化學(xué)儲(chǔ)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)展瓶頸問題的有效途徑。

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(fù)極交叉污染，但受制于鐵負(fù)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，研究人員通過在電極界面進(jìn)行金屬刻蝕處理，使得電極纖維表面富含缺陷結(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(jìn)了鐵沉積反應(yīng)均一性及氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并利用理論計(jì)算和仿真分析揭示了鐵離子在碳缺陷處的雜化作用增強(qiáng)機(jī)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(shí)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(jì)可有效提升鐵負(fù)極性能，為實(shí)現(xiàn)全鐵液流電池高效穩(wěn)定運(yùn)行提供了新途徑。

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

為此，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(diǎn)有效降低到-20℃以下，協(xié)同提升了鐵負(fù)極電化學(xué)可逆性，首次實(shí)現(xiàn)了全電池在-20℃低溫條件下穩(wěn)定運(yùn)行100小時(shí)。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