我國(guó)新一代液流電池儲(chǔ)能技術(shù)研究取得進(jìn)展

 

　　近日，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所腐蝕電化學(xué)課題組在新一代低成本全鐵液流電池儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域取得了一系列重要進(jìn)展。相關(guān)研究實(shí)現(xiàn)了低成本全鐵液流電池高效穩(wěn)定長(zhǎng)循環(huán)運(yùn)行，有效突破了全鐵液流電池技術(shù)的瓶頸，為低成本長(zhǎng)壽命全鐵液流電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供了技術(shù)支撐，相關(guān)研究結(jié)果相繼發(fā)表于Journal of Materials Chemistry A,2021,9,20354和Small,2022,2204356。

 

　　新時(shí)代我國(guó)雙碳目標(biāo)下的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，需要著力開展基于多能互補(bǔ)的智能電網(wǎng)建設(shè)。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，是國(guó)家“十四五”階段先進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)中重點(diǎn)布局與發(fā)展的方向。水系液流電池技術(shù)本質(zhì)安全、環(huán)境友好，是長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能領(lǐng)域首選的技術(shù)之一。針對(duì)目前全釩液流電池成本偏高的問題，開發(fā)新一代低成本液流電池技術(shù)是國(guó)家“十四五”期間對(duì)液流電池儲(chǔ)能技術(shù)持續(xù)發(fā)展提出的新要求和新方向。

 

　　中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究人員在深入理解亞鐵離子氧化還原反應(yīng)機(jī)制的基礎(chǔ)上，以負(fù)極Fe/Fe2+相變反應(yīng)為切入點(diǎn)，提出了配位化學(xué)設(shè)計(jì)策略，在氯化亞鐵水溶液中引入檸檬酸鈉，強(qiáng)配體檸檬酸根通過羧基與Fe2+離子結(jié)合形成穩(wěn)定的配位結(jié)構(gòu)，改變了Fe2+離子在水溶液中固有的六水合結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)而抑制水解及避免析氫反應(yīng)，有效改善了Fe/Fe2+沉積-溶解反應(yīng)的可逆性，組裝的全鐵液流電池實(shí)現(xiàn)了20 mA·cm-2運(yùn)行下70%能量效率和300圈循環(huán)100%的高容量保持率，循環(huán)壽命提升了11倍。

 

　　進(jìn)一步，為了解決強(qiáng)配體作用下鐵配位結(jié)構(gòu)的氧化還原電位偏移、電壓窗口降低的問題，研究人員通過進(jìn)一步選取富含極性基團(tuán)的極性溶劑DMSO作為負(fù)極溶液添加劑，協(xié)同實(shí)現(xiàn)了Fe2+離子的主溶劑化鞘層重塑及Fe2+離子的擇優(yōu)晶面生長(zhǎng)，有效抑制了析氫反應(yīng)，促進(jìn)了Fe2+離子在平整的Fe(110)晶面優(yōu)先形核，最終形成均勻、無枝晶的鐵沉積形貌，組裝的全鐵液流電池可實(shí)現(xiàn)134 mW·cm-2的輸出功率密度、30 mA·cm-2 下75%的能量效率和20 mA·cm-2 下200圈循環(huán)98.6%的容量保持率，循環(huán)穩(wěn)定性提升了130%。