我所設計開發出溴基液流電池用高活性、高固溴能力電極材料

近日，我所儲能技術研究部（DNL17）李先鋒研究員和魯文靜副研究員團隊在溴基液流電池電極研究方面取得新進展。團隊通過在電極表面基于可逆的固態溴絡合效應，同步提高了電極的固溴能力和催化活性，降低了溴基液流電池的自放電率，提高了電池功率密度和循環壽命。

溴基液流電池具有能量密度高、成本低等優勢，在分布式儲能領域具有廣闊的應用前景。然而，溴電對的反應活性相對較低，以及溴擴散導致的自放電問題嚴重影響著溴基液流電池功率密度和循環壽命。

針對上述問題，研究團隊提出了一種向電極表面引入溴固態絡合劑的策略，基于強的可逆固態絡合效應，可實現抑制電池自放電的同時增強溴電對的反應活性。研究發現，與傳統電解液中的液態絡合劑相比，電極上的固態絡合劑對溴的絡合作用更強，其將可溶性的溴更加牢固地捕獲、固定于電極中，有效避免了溴從電極表面向本體電解液中的擴散，從而抑制了電池的自放電反應。團隊利用該電極測試了鋅溴液流電池的性能，發現在充電至40mAh/cm2并擱置24小時后，其容量保持率由39.15%大幅度提升至82.93%。此外，與傳統電解液中的液態絡合劑不同，該電極表面的固態溴絡合效應不會影響溴電對的電化學活性。此外，以該電極組裝的鋅溴液流電池可以在180mAh/cm2的高電流密度下穩定循環580次，平均庫倫效率達99.30%。該工作為開發高功率密度、高容量保持率和長壽命溴基液流電池用電極材料提供了新思路。

相關研究成果以“Reversible Solid Bromine Complexation into Ti3C2Tx MXene Carriers: A Highly Active Electrode for Bromine-based Flow Battery with Ultralow Self-discharge”為題，于近日發表在《能源與環境科學》（Energy & Environmental Science）上。該工作的第一作者是我所DNL17博士研究生湯陸銀。上述工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、大連市科技創新基金、中國科學院國際合作項目等支持。（文/圖 湯陸銀）

文章鏈接：https://doi.org/10.1039/D4EE00580E