近日，大連化物所儲能技術研究部（DNL17）李先鋒研究員、張華民研究員研究團隊在低成本、高穩定性新體系液流電池方面取得新進展，研究成果在線發表于《先進材料》（Advanced Materials, 2020, DOI:10.1002/adma.202005036）上。

   大規模儲能技術是實現可再生能源普及應用的關鍵核心技術。液流電池由于具有安全性高、儲能規模大、效率高、壽命長等優點，在大規模儲能領域具有良好的應用前景。

基于溴正極電對的液流電池具有成本低、能量密度高等優勢，近年來受到研究者廣泛關注。鋅溴液流電池是發展較早的體系之一，目前已處于商業化示范階段，但仍面臨負極鋅枝晶的生長導致電池循環穩定性差、面容量較低等問題。本工作采用資源豐富的鈦作為負極活性物質，構建了鈦-溴液流電池，該電池可避免因沉積-溶解型反應帶來的枝晶生長和面容量受限等問題。

   為了解決溴的交叉污染問題，本工作提出一種新型低成本絡合劑—3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨（CHA），其分子結構含有親水性的羥基，不僅具有捕捉多溴化物、抑制溴擴散的能力，并且可使絡合后的產物接近均相，賦予電池良好的循環穩定性。所構建的鈦溴液流電池在40mA/cm²電流密度下能量效率超過80%，連續運行超過1000次循環，性能沒有明顯衰減。

圖2  鈦溴液流單電池性能

   通過拉曼光譜結合DFT計算探明了絡合劑與多溴化物絡合的機理，在充電初期，即低SOC時，充電產物以CHABr₃為主，隨著SOC升高，CHABr₃與充電過程中生成的Br₂反應,生成更多的CHABr₅。

             

圖3  拉曼光譜與理論計算

   為了進一步驗證該體系的應用價值和可行性，項目團隊集成出300W的電堆，可穩定運行超過500次循環沒有明顯的性能衰減。該研究為液流電池新體系的開發提供了很好的指導作用。

圖4  鈦溴液流電堆及性能

   以上工作得到國家自然科學基金委、中國科學院戰略性先導科技專項（A類）、大連化物所基金等支持。（圖/文 李先進 謝聰鑫）