近日, 中國科學院大連化學物理研究所儲能技術研究部研究員李先鋒, 張華民領導的研究團隊在高能量密度, 長壽命鋅碘液流電池研究方面取得新進展. 研究成果作為 'Very Important Paper' 線上發表在《德國應用化學》 (Angew. Chem. Int. Ed.) 上.
大規模儲能技術是實現可再生能源普及應用的關鍵核心技術, 液流電池由於具有安全性高, 儲能規模大, 效率高, 壽命長等特點, 在大規模儲能領域具有很好的應用前景. 鋅碘液流電池由於電化學活性好, 電解質溶解度高, 能量密度高 (理論能量密度可達250.59Wh/L) 等優勢, 具有很好的研究和應用前景. 但是目前鋅碘液流電池存在迴圈壽命短, 功率密度低的問題.
為解決以上問題, 該研究團隊提出利用廉價的聚烯烴多孔膜 (15美金/m2) 替代昂貴的全氟磺酸離子交換膜, 大大降低了電池成本. 此外, 該體系使用KI和ZnBr2的混合溶液作為電池的正負極電解質, 大大提高了中性環境下電解質的電導率和穩定性. 由於聚烯烴多孔膜的多孔結構在中性環境下表現出優異的離子傳導能力, 電池的工作電流密度大幅度提高. 實驗結果表明, 在80mA/cm2下運行, 單電池能量效率達82%, 較之前報道的鋅碘體系提高了8倍, 能量密度達80Wh/L; 在180mA/cm2運行條件下, 電池的能量效率超過70%, 表現出很好的功率特性. 更為重要的是, 聚烯烴多孔結構中充滿的氧化態電解液I3-可以與鋅枝晶反應, 解決了由於鋅枝晶導致的電池迴圈壽命差的問題. 即便是電池因為鋅枝晶發生短路, 電池性能也能夠通過膜孔中I3-對鋅枝晶的溶解作用實現自恢複. 該體系單電池在80mA/cm2下連續運行超過1000圈, 性能無明顯衰減, 表現出很好的穩定性. 為進一步證實該體系的實用性, 研究團隊成功整合出kW級電堆, 該電堆在80mA/cm2下穩定運行超過300個迴圈, 能量效率穩定在80%, 表現出很好的可靠性. 該電池目前仍處於研究初期階段, 需進一步提高其高電流密度下的可靠性, 推進其實用化和產業化.
上述工作為開發新一代高性能的液流電池新體系提供了很好的借鑒, 也為其他鋅基液流電池的研發提供了新的思路.
