鋅—溴絡合可提升中性鋅鐵液流電池壽命和性能

　　近日，長沙理工大學賈傳坤教授、丁美教授聯合中國科學院金屬研究所唐奡研究員、清華大學深圳國際研究生院周光敏教授，利用溴離子絡合鋅離子的方法來提高鋅/鋅離子電對氧化還原可逆性和穩定性。研究發現，溴離子在電池工作過程中能夠很好地與鋅離子絡合，提升了鋅/鋅離子電對氧化還原可逆性和穩定性。

　　“碳中和”背景下，儲能技術迎來前所未有的機遇和挑戰。在眾多電化學儲能技術中，鋅基液流電池因金屬鋅具有理論容量高、儲量豐富和成本低等優點廣受關注。其中，鋅鐵液流電池因其成本低和安全性高等優點在大規模儲能領域展現出良好的應用前景。

　　但目前的研究表明，鋅鐵液流電池仍面臨負極鋅氧化還原可逆性差、鋅枝晶和鋅鈍化等問題，造成鋅鐵液流電池循環穩定性差和實際使用壽命短，限制其進一步商業化發展。上述研究表明，鋅—溴絡合可讓中性鋅鐵液流電池實現長壽命和高性能。

　　研究團隊通過密度泛函理論計算證明了[ZnBrn(H2O)6-n]2-n（1≤n≤4, n代表整數）相對于Zn[(H2O)n+2]2+（1≤n≤4, n代表整數）離子簇，去溶劑化能壘更低，從而促進了鋅離子在電極上的沉積與脫附。因此，基于負極電解液鋅-溴絡合作用的中性鋅鐵液流電池展現出優異的電池性能，經過2000次循環后，電池容量保持率在80%以上。

　　測試表明，該電池展現出優異的倍率性能。當增加正極電解液濃度，通過負極鋅溴絡合作用得到的中性鋅鐵液流電池仍能獲得良好的循環穩定性，且最大功率密度達到273毫瓦每平方厘米。

　　為進一步驗證基于鋅-溴絡合作用的負極電解液在實際應用時構建較大液流電池產品的可靠性，研究者還對中性鋅鐵液流電池小電堆進行了組裝和測試。結果表明，由3個單電池構成的電堆，穩定循環超過600次且無明顯容量衰減，容量保持率在86.9%以上。除了電池性能和穩定性外，商業化應用還必須考慮電池的成本問題，經過與部分已報道且具有代表性液流電池體系對比，本工作提出的中性鋅鐵液流電池的電解液成本較低，因此將成為極具應用前景的大規模電化學儲能技術之一。

　　據介紹，本工作為大規模儲能用高性能長壽命中性鋅-鐵液流電池的發展提供了新思路。

　　相關研究成果發表在國際頂級能源材料期刊《儲能材料》上，長沙理工大學2019級碩士研究生楊明輝為本文第一作者，賈傳坤教授、丁美教授、唐奡研究員、周光敏教授為本文共同通訊作者。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.10.043