記者6月13日從長沙理工大學獲悉，該校儲能研究所所長賈傳坤教授團隊和中國科學院化學研究所合作，突破了亞鐵氰化物溶解度極限，可使大規模儲能鐵液流電池正極體積縮小一倍、容量提高一倍多。
隨著風力發電、光伏發電等新能源發電技術的不斷進步和設備的快速布局，我國新能源產業發展迅速，新能源電站裝機容量和發電量占全國發電裝機總容量和總發電量的比例均呈現出逐年上升趨勢。大規模高效儲能技術是實現太陽能、風能等可再生能源普及和應用的關鍵技術。在此背景下，亟需深入開展大規模儲能技術研究，有效把風力和光伏獲得的電能存儲起來。
當前的大規模儲能技術包括物理儲能、化學儲能兩大類，前者主要包括抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等，后者則包括鉛酸電池、鋰電池、液流電池等。抽水儲能是目前比較成熟的大規模儲能方式，即在電力負荷低谷期將水從低水位水庫抽到高水位水庫，將電能轉化為重力勢能儲存起來，在電網負荷高峰期釋放高水位水庫中的水發電。
抽水儲能雖有壽命長、安全可靠等特點，但其建設周期長，會帶來一定生態問題，也受水資源制約，只能因地制宜適當發展。液流電池由于其功率與能量分離、設計靈活、安全性高以及循環壽命長等優點，成為大規模儲能領域中最具吸引力的技術之一。
在液流電池正極電解液活性物質中，亞鐵氰化物/鐵氰化物由于其安全穩定且具有優越的電化學可逆性而成為近年來的研究熱點。然而，單一的亞鐵氰化物/鐵氰化物在水中溶解度較低，造成其在與二羥基蒽醌、四氧嘧啶7/8-羧酸、黃素單核苷酸、丙酸官能化吩嗪等有機物耦合組成的液流電池中能量密度極低的問題，限制了這些體系的商業化發展。
為解決亞鐵氰化物/鐵氰化物溶解度低這一“硬傷”，上述團隊通過“異離子效應”，突破了亞鐵氰化物/鐵氰化物的溶解度極限，從而獲得了基于亞鐵氰化物/鐵氰化物的高能量密度鋅鐵液流電池體系。
研究者從亞鐵氰根離子/鐵氰根離子電對作為正極活性物質的液流電池研究出發，通過表格和數據圖對比對亞鐵氰根離子/鐵氰根離子電對在不同液流電池體系中的濃度進行匯總，發現室溫下其在氫氧化鉀、氯化鈉或氯化鉀支持電解液中的濃度通常為0.4摩爾每升左右，由此構建的液流電池能量密度低于20瓦時每升。為解決亞鐵氰根離子/鐵氰根離子電對溶解度低的問題，作者基于“異離子效應”，以等摩爾亞鐵氰化鉀與亞鐵氰化鈉混合物作為正極活性物質，將亞鐵氰根離子濃度提高到1.46摩爾每升，由此構建的鋅-鐵液流電池（AZIRFB）能量密度相應提高到73.64 瓦時每升。
據介紹，該策略構建的鋅-鐵液流電池體系在未來大規模儲能系統中具有巨大的應用前景。值得一提的是，這種簡單又實用的“異離子效應”策略可以為其它以亞鐵氰化物/鐵氰化物電對為電解液的液流電池體系能量密度的提升提供新途徑。
“作者在該項中報道了一種面向大規模儲能的高能量密度、低成本堿性鋅-鐵液流電池。該堿性鋅-鐵液流電池具有88.1%的高能量效率和20.59美元每千瓦時的低電解液成本。更重要的是，這種新型堿性鋅-鐵液流電池系統的可靠性已在電池堆上得到驗證，因此其具有在大型儲能系統中進行商業化應用的前景。這項工作為開發面向大規模儲能的新型高能量密度、低成本的氧化還原液流電池系統提供了解決方案。總的來說，這是一項很有意義的工作。”該論文審稿人表示。
“液流電池中用到的亞鐵氰根離子/鐵氰根離子電對溶解度都有上限，這個上限決定了體系的能量密度。在該項研究中，我們創新地將液流電池正極含鐵電解液的部分鉀離子換成鈉離子，使得異離子間吸附能提高，溶解度會有明顯提升。這種混合途徑得到的亞鐵氰根離子/鐵氰根離子電對也比單一途徑得到的亞鐵氰根離子/鐵氰根離子電對的循環穩定性要更強。”賈傳坤表示，“目前該技術已經成熟，我們已經在長沙進行該類型高溶解度鐵液流電池相關產業化布局，預計今年10月會推出相關產品。”
上述研究論文近日發表于《今日材料能源》（Materials Today Energy）。該研究得到了湖南省湖湘高層次人才聚集工程、湖南省自然科學基金、湖南省教育廳優秀青年項目及企業產學研橫向等項目的支持。