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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來源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：電池閱讀量：6519

　　【儀器網(wǎng) 科技成果】液流電池是一種利用流動的液態(tài)電解液作為儲能介質(zhì)的儲能技術(shù)。該項技術(shù)能夠?qū)⒛芰康拇鎯娃D(zhuǎn)換過程物理上分離，使得液流電池可以在儲能容量和功率上進行獨立調(diào)整，從而在大規(guī)模長時儲能領(lǐng)域的商業(yè)化應用中展現(xiàn)出卓越的靈活性。

　　《儲能產(chǎn)業(yè)研究白皮書》中顯示，從2000年到2022年，新型儲能裝機市場中，液流電池路線占整個新型市場儲能的比重僅為1.2%，鋰離子電池占比則高達94%。長時儲能需求爆發(fā)的刺激下，液流儲能自帶的“安全性”和方便擴容帶來的“經(jīng)濟性”優(yōu)勢，相較于鋰電池開始凸顯。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)鍵問題的限制。

　　近日，長沙理工大學教授賈傳坤和丁美，基于團隊首創(chuàng)的中性鐵硫液流電池體系，聯(lián)合新加坡國立大學教授王慶，利用氧化還原靶向反應的機理，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，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，開發(fā)高能量密度電解液體系。

　　他們基于異離子效應原理，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。并在正極儲液罐中引入普魯士藍作為固體儲能材料，利用氧化還原靶向反應，進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260 Wh L^-1。電池測試結(jié)果表明，正極電解液實際能量密度為92.8 Wh L^-1，電池的最大功率密度達到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的中性鐵硫液流電池表現(xiàn)出超長的循環(huán)壽命，7000次(4500h)循環(huán)后，由于固體儲能物質(zhì)持續(xù)釋放容量，電池的容量保持率達到181.8%。

　　相比較以往報道的鐵氰化物/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)計的基于氧化還原靶向反應的中性鐵硫液流電池具有較低的電解液成本，在大規(guī)模儲能領(lǐng)域極具應用前景。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，預計2024年建成投產(chǎn)。

（資料來源：中國科學報）

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