大连化物所李先锋团队开发出高能量密度锰基混合单液流电池

  • 文/谢聪鑫 图/刘韵 (中国科学院大连化学物理研究所)
  • 创建于 2022-11-24
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       近日,国科大博士生导师、大连化物所储能技术研究部(DNL17)李先锋研究员团队提出了一种基于Br-辅助MnO2放电的混合型液流电池,具有能量密度高、可逆性高的优势。

  液流电池(FBs)由于安全性高、寿命长、效率高等优势,在大规模储能领域受到了广泛关注。然而,目前液流电池能量密度较低,一定程度上限制了其进一步发展。Mn2+/Mn3+具有电极电位高、溶解度高、电化学动力学良好、成本低等优势,在高能量密度液流电池中有较好的前景。然而,氧化态Mn3+面临严重的歧化副反应容易导致“死锰”的积累,影响电池的能量密度、可逆性和循环稳定性。

  本工作中,该团队通过在Mn2+的酸性电解液中引入Br-,在充电过程中,Br-/Br2(1.08V vs. SHE)和Mn2+/Mn3+(1.56V vs. SHE)两个电化学过程在电极上依次发生,并且伴随Mn3+到MnO2的歧化副反应。对于放电过程,未歧化的Mn3+和部分MnO2在电极表面被还原成Mn2+;随后,部分Br2被还原成Br-并且可以与电极上残留的MnO2发生化学反应生成Br2继续参与放电,通过化学—电化学放电提高整个充放电过程的可逆性。

  基于上述设计,该团队以Cd/Cd2+作为负极组装成全电池(BMFB),该电池可在80mA/cm2下稳定运行超过500次循环,电池的能量密度超过360Wh/L;以硅钨酸(SWO)作为负极组装的电池可以稳定运行超过2000次循环。上述设计方案为开发高能量密度、长寿命的锰基电池体系提供了理论指导和技术支持。

  相关研究成果以“Bromine Assisted MnO2 Dissolution Chemistry: Toward a Hybrid Flow Battery with Energy Density of over 300 Wh L-1”为题,发表在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上。该工作的第一作者是大连化物所DNL17博士研究生刘韵。上述工作得到国家自然科学基金、中科院电化学储能技术工程实验室、中科院A类先导专项“变革性洁净能源关键技术与示范”等项目的支持。

  文章链接:https://doi.org/10.1002/anie.202213751

责任编辑:韩明瑞