近日，我所儲能技術研究部（DNL17）李先鋒研究員和劉濤研究員團隊在高功率密度全釩液流電池電極研究方面取得新進展，開發出一種鉍（Bi）單原子負載石墨氈電極，其在240mA/cm2的電流密度下能量效率達到81.2%，峰值功率密度達到990mW/cm2，為高功率密度全釩液流電池電極材料的設計提供了新思路。
全釩液流電池因具有高安全、長壽命、環境友好等優點，已成為大規模儲能的首選技術之一。然而，負極V3+/V2+反應速率較慢導致極化較大，造成電池功率密度較低、電堆成本較高。同時，釩離子氧化還原反應機理仍不明晰，阻礙了高活性電極材料的開發。
針對上述問題，本工作中研究團隊通過電化學原位全反射紅外光譜研究了[V(H2O)6]3+/[V(H2O)6]2+的反應過程，揭示了脫溶劑化為該反應的控速步驟，在此基礎上開發出一種具有高活性、高穩定性的Bi單原子電催化劑，通過理論計算證實了催化劑中的Bi-N4結構能夠促進釩離子脫溶劑化并降低反應能壘。使用該Bi單原子電催化劑負載石墨氈電極的全釩液流電池在240mA/cm2的電流密度下能量效率可以達到81.2%，峰值功率密度達到990mW/cm2。相比傳統的Bi納米顆粒催化劑，其表現出了更高的電催化活性和穩定性，同時，在充放電過程中避免了Bi納米顆粒催化劑的沉積溶解現象。即使將該電極放大應用在5KW電堆上，也表現出了明顯的提高效果。該工作有助于理解全釩液流電池的電極反應機理，進而為高效電催化劑的設計開發提供新的思路，對全釩液流電池的提效降本有重要意義。
相關工作以“Bismuth Single Atoms Regulated Graphite Felt Electrode Boosting High Power Density Vanadium Flow Batteries”為題,于近日發表在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。該工作的第一作者是我所DNL17的聯合培養博士研究生邢飛。上述工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院A類先導專項“基于高比例可再生能源的儲能關鍵技術與示范”、遼寧省揭榜掛帥項目、遼寧省濱海實驗室等項目的支持。（文/圖 邢飛）
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