中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所揭示寬溫區(qū)鋅鐵液流電池電解液活性物質(zhì)溶劑化結(jié)構(gòu)的調(diào)控機(jī)制

2024-09-25 14:11:24來源：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所閱讀量：105 評(píng)論

　　近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究部(DNL17)李先鋒研究員和袁治章研究員團(tuán)隊(duì)在鋅鐵液流電池電解液研究方面取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)通過調(diào)節(jié)電解液中活性物質(zhì)的溶劑化結(jié)構(gòu)，揭示了其對(duì)Fe(CN)64-/Fe(CN)63-低溫穩(wěn)定性的影響機(jī)制，拓寬了鋅鐵液流電池的低溫適應(yīng)性。

　　儲(chǔ)能技術(shù)是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵支撐技術(shù)。鋅鐵液流電池因其功率密度高、成本低等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。鋅鐵液流電池正極以Na4Fe(CN)6或K4Fe(CN)6作為活性物質(zhì)，其在水溶液中的濃度分別為0.56mol/L和0.76mol/L；在堿性溶液中，F(xiàn)e(CN)64-的濃度通常僅為0.4mol/L(室溫)，較低的濃度導(dǎo)致鋅鐵液流電池的能量密度偏低。此外，F(xiàn)e(CN)64-/Fe(CN)63-的溶解度對(duì)溫度十分敏感，導(dǎo)致電池僅能在室溫及以上溫度下可以正常運(yùn)行。

針對(duì)上述問題，研究團(tuán)隊(duì)通過調(diào)控電解液中離子-溶劑和離子-離子間的相互作用來調(diào)控活性物質(zhì)的溶劑化結(jié)構(gòu)，降低陽離子和Fe(CN)64-間的緊湊吸附構(gòu)型，抑制Fe(CN)64-形成冰晶的過程，并促使更多的水分子進(jìn)入到Fe(CN)64-的溶劑化層，提高了Fe(CN)64-的溶解度(25 ℃下，達(dá)到1.7mol/L)及低溫穩(wěn)定性，將基于0.8mol/L Fe(CN)64-活性物質(zhì)的鋅鐵液流電池低溫適應(yīng)性拓寬至-10℃。該工作對(duì)提高鋅鐵液流電池穩(wěn)定性、能量密度，并擴(kuò)寬其工作溫度區(qū)間具有重要意義，有望推進(jìn)鋅鐵液流電池的實(shí)際應(yīng)用。

　　研究結(jié)果分別以“New Alkalescent Electrolyte Chemistry for Zinc-Ferricyanide Flow Battery”和“Zinc-Ferricyanide Flow Batteries Operating Stably under -10 °C”為題，發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)上。上述工作得到了國家自然科學(xué)基金、遼寧省自然科學(xué)基金、大連市科技創(chuàng)新等項(xiàng)目的支持。(文/圖智莉平)

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