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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:5156
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導(dǎo)讀:近日,長(zhǎng)沙理工大學(xué)教授賈傳坤和丁美,基于團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)的中性鐵硫液流電池體系,聯(lián)合新加坡國(guó)立大學(xué)教授王慶,利用氧化還原靶向反應(yīng)的機(jī)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)。

  【儀器網(wǎng) 科技成果】液流電池是一種利用流動(dòng)的液態(tài)電解液作為儲(chǔ)能介質(zhì)的儲(chǔ)能技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)⒛芰康拇鎯?chǔ)和轉(zhuǎn)換過程物理上分離,使得液流電池可以在儲(chǔ)能容量和功率上進(jìn)行獨(dú)立調(diào)整,從而在大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用中展現(xiàn)出卓越的靈活性。
 
  《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書》中顯示,從2000年到2022年,新型儲(chǔ)能裝機(jī)市場(chǎng)中,液流電池路線占整個(gè)新型市場(chǎng)儲(chǔ)能的比重僅為1.2%,鋰離子電池占比則高達(dá)94%。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求爆發(fā)的刺激下,液流儲(chǔ)能自帶的“安全性”和方便擴(kuò)容帶來的“經(jīng)濟(jì)性”優(yōu)勢(shì),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(zhǎng)沙理工大學(xué)教授賈傳坤和丁美,基于團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)的中性鐵硫液流電池體系,聯(lián)合新加坡國(guó)立大學(xué)教授王慶,利用氧化還原靶向反應(yīng)的機(jī)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(diǎn),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(yīng)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(chǔ)液罐中引入普魯士藍(lán)作為固體儲(chǔ)能材料,利用氧化還原靶向反應(yīng),進(jìn)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(dá)260 Wh L-1。電池測(cè)試結(jié)果表明,正極電解液實(shí)際能量密度為92.8 Wh L-1,電池的最大功率密度達(dá)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(chǔ)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(yīng)的中性鐵硫液流電池表現(xiàn)出超長(zhǎng)的循環(huán)壽命,7000次(4500h)循環(huán)后,由于固體儲(chǔ)能物質(zhì)持續(xù)釋放容量,電池的容量保持率達(dá)到181.8%。
 
  相比較以往報(bào)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(jì)的基于氧化還原靶向反應(yīng)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(chǔ)能領(lǐng)域極具應(yīng)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(yù)計(jì)2024年建成投產(chǎn)。
 


(資料來源:中國(guó)科學(xué)報(bào))
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