高能量密度、長壽命鋅碘液流電池研究方面獲新進(jìn)展

近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所儲能技術(shù)研究部研究員李先鋒、張華民領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在高能量密度、長壽命鋅碘液流電池研究方面取得新進(jìn)展。研究成果作為“Very Important Paper”在線發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。

大規(guī)模儲能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)可再生能源普及應(yīng)用的關(guān)鍵核心技術(shù)，液流電池由于具有安全性高、儲能規(guī)模大、效率高、壽命長等特點(diǎn)，在大規(guī)模儲能領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。鋅碘液流電池由于電化學(xué)活性好，電解質(zhì)溶解度高，能量密度高（理論能量密度可達(dá)250.59Wh/L）等優(yōu)勢，具有很好的研究和應(yīng)用前景。但是目前鋅碘液流電池存在循環(huán)壽命短，功率密度低的問題。

為解決以上問題，該研究團(tuán)隊(duì)提出利用廉價(jià)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(fù)極電解質(zhì)，大大提高了中性環(huán)境下電解質(zhì)的電導(dǎo)率和穩(wěn)定性。由于聚烯烴多孔膜的多孔結(jié)構(gòu)在中性環(huán)境下表現(xiàn)出優(yōu)異的離子傳導(dǎo)能力，電池的工作電流密度大幅度提高。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在80mA/cm2下運(yùn)行，單電池能量效率達(dá)82%，較之前報(bào)道的鋅碘體系提高了8倍，能量密度達(dá)80Wh/L;在180mA/cm2運(yùn)行條件下，電池的能量效率超過70%，表現(xiàn)出很好的功率特性。更為重要的是，聚烯烴多孔結(jié)構(gòu)中充滿的氧化態(tài)電解液I3-可以與鋅枝晶反應(yīng)，解決了由于鋅枝晶導(dǎo)致的電池循環(huán)壽命差的問題。即便是電池因?yàn)殇\枝晶發(fā)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(shí)現(xiàn)自恢復(fù)。該體系單電池在80mA/cm2下連續(xù)運(yùn)行超過1000圈，性能無明顯衰減，表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性。

為進(jìn)一步證實(shí)該體系的實(shí)用性，研究團(tuán)隊(duì)成功集成出kW級電堆，該電堆在80mA/cm2下穩(wěn)定運(yùn)行超過300個(gè)循環(huán)，能量效率穩(wěn)定在80%，表現(xiàn)出很好的可靠性。該電池目前仍處于研究初期階段，需進(jìn)一步提高其高電流密度下的可靠性，推進(jìn)其實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化。

上述工作為開發(fā)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(fā)提供了新的思路。