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液流電池關(guān)鍵技術(shù)突破！電池能量密度大幅提升

2023-08-08 18:24:23來(lái)源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：電池閱讀量：5408

　　【儀器網(wǎng) 科技成果】液流電池是一種利用流動(dòng)的液態(tài)電解液作為儲(chǔ)能介質(zhì)的儲(chǔ)能技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)⒛芰康拇鎯?chǔ)和轉(zhuǎn)換過(guò)程物理上分離，使得液流電池可以在儲(chǔ)能容量和功率上進(jìn)行獨(dú)立調(diào)整，從而在大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用中展現(xiàn)出卓越的靈活性。

　　《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書(shū)》中顯示，從2000年到2022年，新型儲(chǔ)能裝機(jī)市場(chǎng)中，液流電池路線(xiàn)占整個(gè)新型市場(chǎng)儲(chǔ)能的比重僅為1.2%，鋰離子電池占比則高達(dá)94%。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求爆發(fā)的刺激下，液流儲(chǔ)能自帶的“安全性”和方便擴(kuò)容帶來(lái)的“經(jīng)濟(jì)性”優(yōu)勢(shì)，相較于鋰電池開(kāi)始凸顯。然而活性物質(zhì)在水中存在溶解度極限，制約著水系液流電池的能量密度，因此水系液流電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展受到低能量密度和高成本等關(guān)鍵問(wèn)題的限制。

　　近日，長(zhǎng)沙理工大學(xué)教授賈傳坤和丁美，基于團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)的中性鐵硫液流電池體系，聯(lián)合新加坡國(guó)立大學(xué)教授王慶，利用氧化還原靶向反應(yīng)的機(jī)理，構(gòu)建了新一代高能量密度中性鐵硫固液相液流電池系統(tǒng)。

　　鐵氰化物/亞鐵氰化物是目前常見(jiàn)的水系液流電池正極活性物質(zhì)，具有可逆性好、穩(wěn)定性高和原材料成本低等優(yōu)點(diǎn)，但其溶解度低，阻礙了鐵基液流電池的發(fā)展。因此，亟需打破活性物質(zhì)溶解度限制，開(kāi)發(fā)高能量密度電解液體系。

　　他們基于異離子效應(yīng)原理，將亞鐵氰化鉀和亞鐵氰化鈉混合物作為正極活性物質(zhì)，成功將鐵氰化物/亞鐵氰化物的溶解度大幅提升至1.62摩爾/升。并在正極儲(chǔ)液罐中引入普魯士藍(lán)作為固體儲(chǔ)能材料，利用氧化還原靶向反應(yīng)，進(jìn)一步將正極活性物質(zhì)的理論濃度增加到10摩爾/升，該側(cè)在中性鐵硫液流電池體系中理論能量密度高達(dá)260 Wh L^-1。電池測(cè)試結(jié)果表明，正極電解液實(shí)際能量密度為92.8 Wh L^-1，電池的最大功率密度達(dá)到284.7 mW cm^-2。

　　該體系具有優(yōu)異的高溫性能，在50攝氏度下電池仍能保持良好的循環(huán)穩(wěn)定性，且固體儲(chǔ)能材料的利用率隨著溫度升高逐步增加。中性鐵硫液流電池小電堆的庫(kù)倫效率接近100%。除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)，基于氧化還原靶向反應(yīng)的中性鐵硫液流電池表現(xiàn)出超長(zhǎng)的循環(huán)壽命，7000次(4500h)循環(huán)后，由于固體儲(chǔ)能物質(zhì)持續(xù)釋放容量，電池的容量保持率達(dá)到181.8%。

　　相比較以往報(bào)道的鐵氰化物/亞鐵氰化物電解液體系，該研究得到的電解液體系表現(xiàn)出最高的體積容量，為95.7 Ah L^-1。該研究設(shè)計(jì)的基于氧化還原靶向反應(yīng)的中性鐵硫液流電池具有較低的電解液成本，在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域極具應(yīng)用前景。目前，該成果已完成產(chǎn)業(yè)化落地，并正建設(shè)100兆瓦中性鐵硫液流電池生產(chǎn)線(xiàn)，預(yù)計(jì)2024年建成投產(chǎn)。

（資料來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)）

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