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水系液流电池再突破:高比能量低成本多硫化物-碘液流电池

世界范围内化石能源短缺及燃烧化石能源所带来的生态环境恶化成为制约人类社会发展的重要问题。随着社会对新能源和可再生能源的诉求日益加深,如何科学解决其非稳态特性,缓解电力系统供需矛盾,对储能技术的发展提出了更高的要求。近日,香港中文大学卢怡君点击查看介绍团队研发了一种新型高能量密度且成本低廉的多硫化物-碘液流电池技术


作为当代社会有效利用随机性和间歇性可再生资源(如太阳能、风能)的关键因素,储能技术,尤其是电化学储能技术的发展具有重要的意义。其中,液流电池储能技术(RFB)具有输出功率和电池容量相互独立,系统设计灵活等特点,是大规模电网能量储存应用中重要的成员之一。传统的水系全钒液流电池具有较高的输出功率,但其材料成本较高,能量密度很低25 Wh L-1,这些问题削弱了其在固定化电网系统和可移动电源领域的竞争力。近年来,一些半固体非水系液流电池显示出其在提高能量密度方面的潜力,然而,非水系液流电池的功率通常比水系液流电池低1-2个数量级。此外,非水电解质的成本明显高于水系电解质的成本,还存在安全隐患。

为了实现液流电池高能量密度和低成本的目标,香港中文大学研究团队使用在水溶液中高度可溶及廉价的多硫化物和碘化物的水溶液作为负、正极电解液及电池电化学反应活性物质,研发了一种新型液流电池体系—多硫化物-碘液流电池(PSIB)。该新型液流电池系统具有稳定的循环特性(经50圈充放电循环后,电池容量保持率高达97%),高库伦效率(>93%)和高能量密度 43.1 Wh/L等优点。与此同时,相比于传统全钒液流电池(VRB),多硫化物-碘液流电池降低了近一半的材料成本VRB:$ 152.0 - 154.6 kWh-1;PSIB:$ 85.4 kWh-1。其理论能量密度也十分诱人80 Wh L-1,是全钒液流电池的3倍左右,是一种极具潜力高比能量的电池体系。另外,该体系电解液组成简单,无腐蚀性挥发气体产生,也是一种清洁环保的储能手段。

研究团队在电池电极反应动力学及离子交换膜等基础研究方面也做出了努力,为该体系未来的改进工作提出了有益的指导建议。首先,他们采用四电极电池研究了电池能量损失来源;其次,利用在线紫外-可见光谱来研究多硫化物和碘的氧化还原反应的反应机理和反应中间产物。研究结果显示,离子交换膜的改进及三碘化物和多硫化物中间产物的稳定是未来改进工作的主要方面。这一成果近期发表在Nano Energy上,文章的第一作者香港中文大学博士研究生李喆珺


该论文作者为:Zhejun Li, Guoming Weng, Qingli Zou, Guangtao Cong, Yi-Chun Lu

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A high-energy and low-cost polysulfide/iodide redox flow battery

Nano Energy, 2016, 30, 283-292, DOI: 10.1016/j.nanoen.2016.09.043


导师介绍

卢怡君

http://www.x-mol.com/university/faculty/37837


X-MOL材料领域学术讨论QQ群(338590714


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