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我国新一代液流电池储能技术研究取得进展

中国储能网讯:近日,中国科学院金属研究所腐蚀电化学课题组在新一代低成本全铁液流电池储能技术领域取得了一系列重要进展。相关研究实现了低成本全铁液流电池高效稳定长循环运行,有效突破了全铁液流电池技术的瓶颈,为低成本长寿命全铁液流电池技术产业化开发提供了技术支撑,相关研究结果相继发表于Journal of Materials Chemistry A,2021,9,20354和Small,2022,2204356。

新时代我国双碳目标下的能源结构转型,需要着力开展基于多能互补的智能电网建设。长时储能技术作为智能电网的重要组成部分,是国家“十四五”阶段先进智能电网建设中重点布局与发展的方向。水系液流电池技术本质安全、环境友好,是长时储能领域首选的技术之一。针对目前全钒液流电池成本偏高的问题,开发新一代低成本液流电池技术是国家“十四五”期间对液流电池储能技术持续发展提出的新要求和新方向。

中国科学院金属研究所研究人员在深入理解亚铁离子氧化还原反应机制的基础上,以负极Fe/Fe2+相变反应为切入点,提出了配位化学设计策略,在氯化亚铁水溶液中引入柠檬酸钠,强配体柠檬酸根通过羧基与Fe2+离子结合形成稳定的配位结构,改变了Fe2+离子在水溶液中固有的六水合结构形式,进而抑制水解及避免析氢反应,有效改善了Fe/Fe2+沉积-溶解反应的可逆性,组装的全铁液流电池实现了20 mA*cm-2运行下70%能量效率和300圈循环100%的高容量保持率,循环寿命提升了11倍。

进一步,为了解决强配体作用下铁配位结构的氧化还原电位偏移、电压窗口降低的问题,研究人员通过进一步选取富含极性基团的极性溶剂DMSO作为负极溶液添加剂,协同实现了Fe2+离子的主溶剂化鞘层重塑及Fe2+离子的择优晶面生长,有效抑制了析氢反应,促进了Fe2+离子在平整的Fe(110)晶面优先形核,最终形成均匀、无枝晶的铁沉积形貌,组装的全铁液流电池可实现134 mW*cm-2的输出功率密度、30 mA*cm-2下75%的能量效率和20 mA*cm-2下200圈循环98.6%的容量保持率,循环稳定性提升了130%。

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