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我所高功率、長壽命堿性鋅基液流電池離子傳導膜研究取得新進展

  近日,我所储能技术研究部(DNL17)李先锋研究員、张华民研究員领导的研究团队在碱性锌基液流电池离子传导膜研究方面取得新进展,研究成果在线发表于《先进功能材料》(Adv. Funct. Mater.)上。

  鋅基液流電池儲能技術以儲量豐富的鋅作負極活性物質,具有成本低、安全性高、開路電壓高和環境友好等特點,在分布式儲能領域具有良好的應用前景。

  目前,鋅基液流電池的關鍵問題爲鋅負極的枝晶、累積和脫落,從而導致電池循環穩定性差。膜在調控鋅沈積形貌和抑制枝晶生長從而提高電池運行可靠性方面發揮了重要作用。前期,研究團隊通過調節多孔離子傳導膜的負電荷性質可實現對鋅沈積方向和形貌的調控,從而大幅度提高鋅基液流電池的面容量和電池的循環穩定性(Nat. Commun., 2018)。

  該工作在前期研究工作基礎上,選用商業化聚乙烯多孔膜(<20美元/平方米)爲基膜,原位將功能化空心球引入到基膜中制備出混合基質多孔膜,其中空心球極大地縮短離子傳輸路徑,顯著提高電池的功率密度。此外,選用的空心球在堿中具有優良的穩定性。所制得的膜具有優良的機械性能可有效抑制鋅枝晶的生長,進而大幅度提高鋅基液流電池的循環穩定性,利用該膜材料組裝的堿性鋅鐵液流單電池,在80mA/cm2充放電條件下,能量效率超過了88%。本工作爲高功率密度鋅基液流電池的開發提供了很好的指導作用。

  以上工作得到了国家自然科学基金、中科院前沿重点项目、中科院国际合作项目(CAS-DOE)、我所自主部署基金的支持。此外,本文也是献礼我所七十周年所庆文章之一。(文/图 常娜娜)

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