近日，我所儲能技術(shù)研究部(DNL17)李先鋒研究員、張華民研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊在高能量密度、長壽命鋅碘液流電池研究方面取得重要進展。研究成果作為“VeryImportantPaper”在線發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》上。

大規(guī)模儲能技術(shù)是實現(xiàn)可再生能源普及應(yīng)用的關(guān)鍵核心技術(shù)，液流電池由于具有安全性高、儲能規(guī)模大、效率高、壽命長等特點，在大規(guī)模儲能領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。鋅碘液流電池由于電化學(xué)活性好，電解質(zhì)溶解度高，能量密度高(理論能量密度可達250.59Wh/L)等優(yōu)勢，具有很好的研究和應(yīng)用前景。但是目前鋅碘液流電池存在循環(huán)壽命短，功率密度低的問題。

為解決以上問題，該研究團隊提出利用廉價的聚烯烴多孔膜(15美金/m2)替代昂貴的全氟磺酸離子交換膜，大大降低了電池成本。此外，該體系使用KI和ZnBr2的混合溶液作為電池的正負極電解質(zhì)，大大提高了中性環(huán)境下電解質(zhì)的電導(dǎo)率和穩(wěn)定性。由于聚烯烴多孔膜的多孔結(jié)構(gòu)在中性環(huán)境下表現(xiàn)出優(yōu)異的離子傳導(dǎo)能力，電池的工作電流密度大幅度提高。實驗結(jié)果表明，在80mA/cm2下運行，單電池能量效率達82%，較之前報道的鋅碘體系提高了8倍，能量密度達80Wh/L;在180mA/cm2運行條件下，電池的能量效率超過70%，表現(xiàn)出很好的功率特性。更為重要的是，聚烯烴多孔結(jié)構(gòu)中充滿的氧化態(tài)電解液I3-可以與鋅枝晶反應(yīng)，解決了由于鋅枝晶導(dǎo)致的電池循環(huán)壽命差的問題。即便是電池因為鋅枝晶發(fā)生短路，電池性能也能夠通過膜孔中I3-對鋅枝晶的溶解作用實現(xiàn)自恢復(fù)。該體系單電池在80mA/cm2下連續(xù)運行超過1000圈，性能無明顯衰減，表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性。為進一步證實該體系的實用性，研究團隊成功集成出kW級電堆，該電堆在80mA/cm2下穩(wěn)定運行超過300個循環(huán)，能量效率穩(wěn)定在80%，表現(xiàn)出很好的可靠性。該電池目前仍處于研究初期階段，需進一步提高其高電流密度下的可靠性，推進其實用化和產(chǎn)業(yè)化。