我國新一代液流電池儲能技術(shù)研究取得進展

 

　　近日，中國科學院金屬研究所腐蝕電化學課題組在新一代低成本全鐵液流電池儲能技術(shù)領(lǐng)域取得了一系列重要進展。相關(guān)研究實現(xiàn)了低成本全鐵液流電池高效穩(wěn)定長循環(huán)運行，有效突破了全鐵液流電池技術(shù)的瓶頸，為低成本長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。

 

　　新時代我國雙碳目標下的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，需要著力開展基于多能互補的智能電網(wǎng)建設。長時儲能技術(shù)作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，是國家“十四五”階段先進智能電網(wǎng)建設中重點布局與發(fā)展的方向。水系液流電池技術(shù)本質(zhì)安全、環(huán)境友好，是長時儲能領(lǐng)域首選的技術(shù)之一。針對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)是國家“十四五”期間對液流電池儲能技術(shù)持續(xù)發(fā)展提出的新要求和新方向。

 

　　中國科學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機制的基礎(chǔ)上，以負極Fe/Fe2+相變反應為切入點，提出了配位化學設計策略，在氯化亞鐵水溶液中引入檸檬酸鈉，強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，進而抑制水解及避免析氫反應，有效改善了Fe/Fe2+沉積-溶解反應的可逆性，組裝的全鐵液流電池實現(xiàn)了20 mA·cm-2運行下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。

 

　　進一步，為了解決強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，研究人員通過進一步選取富含極性基團的極性溶劑DMSO作為負極溶液添加劑，協(xié)同實現(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，有效抑制了析氫反應，促進了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%。