金屬所新型低成本鐵基液流電池技術研究獲進展

在新型儲能技術路線中，以全釩液流電池為代表的液流電池儲能技術本質安全、可靈活部署，成為長時儲能技術的首選電化學儲能技術路線。然而，受制于釩資源釋放量，現階段全釩液流電池產業化發展面臨成本高這一問題。因此，研發低成本液流電池新體系新技術，是解決現階段液流電池產業化發展瓶頸的途徑。

近期，中國科學院金屬研究所腐蝕電化學課題組在新型低成本鐵基液流電池儲能技術研究領域取得進展。科研人員在前期全鐵液流電池研究的基礎上，以鐵負極氧化還原反應可逆性為切入點，先后通過電極界面缺陷設計和極性溶劑調，實現了充放電過程中鐵單質在電極纖維表面的均勻沉積和溶解，并進一步通過弱化水合氫鍵網絡作用，實現了-20℃低溫條件下電解液不凝固及電池穩定運行。

全鐵液流電池以低成本氯化亞鐵作為活性物質，避免了正負極交叉污染。而受到鐵負極Fe²⁺/Fe電化學反應可逆性差的制約，全鐵液流電池的現有性能無法滿足應用要求。為此，該工作在電極界面進行金屬刻蝕處理，使得電極纖維表面富含缺陷結構，調控了Fe²⁺離子在電極界面的沉積反應成核特性，促進了鐵沉積反應均一性及氧化還原反應動力學，并利用理論計算和仿真分析揭示了Fe²⁺在碳缺陷處的雜化作用增強機制及鐵沉積過程演化規律。組裝的全鐵液流電池實現了80 mW cm^-2的功率密度和250圈循環99%的電流效率，且循環穩定性有效提升了10倍。這證明了電極界面優化設計可有效提升鐵負極性能，為實現全鐵液流電池高效穩定運行提供了新途徑。相關成果以Surface Engineered Carbon Felt toward Highly Reversible Fe Anode for All-Iron Flow Batteries為題，發表在Chemical Engineering Journal（2024,?487,?150592）上。

電極設計策略提升了全鐵液流電池的循環性能指標。而受到水系電解液0℃凝固的制約，全鐵液流電池在高寒地區的低溫運行難以實現。弱化水分子間相互作用、降低電解液凝固點，是解決上述問題的途徑。科研人員在溶液中引入極性溶劑，利用極性分子與氫鍵相互作用，弱化了溶液的水合氫鍵網絡，將電解液凝固點有效降低到-20℃以下，協同提升了鐵負極電化學可逆性，實現了全電池在-20℃低溫條件下100小時穩定運行。這為寬溫域全鐵液流電池技術產業化開發與應用推廣奠定了技術基礎。相關成果以A Universal Additive Design Strategy to Modulate Solvation Structure and Hydrogen Bond Network toward Highly Reversible Fe Anode for Low-Temperature All-Iron Flow Batteries為題，發表在Small（2024,?20,?2307354）上。

電極制備機理與形貌表征