【產(chǎn)通社，4月9日訊】中國科學(xué)院（Chinese Academy of Sciences）官網(wǎng)消息，在新型儲能技術(shù)路線中，以全釩液流電池為代表的液流電池儲能技術(shù)本質(zhì)安全、可靈活部署，成為長時(shí)儲能技術(shù)的首選電化學(xué)儲能技術(shù)路線。然而，受制于釩資源釋放量，現(xiàn)階段全釩液流電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展面臨成本高這一問題。因此，研發(fā)低成本液流電池新體系新技術(shù)，是解決現(xiàn)階段液流電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展瓶頸的途徑。

近期，中國科學(xué)院金屬研究所腐蝕電化學(xué)課題組在新型低成本鐵基液流電池儲能技術(shù)研究領(lǐng)域取得進(jìn)展。科研人員在前期全鐵液流電池研究的基礎(chǔ)上，以鐵負(fù)極氧化還原反應(yīng)可逆性為切入點(diǎn)，先后通過電極界面缺陷設(shè)計(jì)和極性溶劑調(diào)，實(shí)現(xiàn)了充放電過程中鐵單質(zhì)在電極纖維表面的均勻沉積和溶解，并進(jìn)一步通過弱化水合氫鍵網(wǎng)絡(luò)作用，實(shí)現(xiàn)了-20℃低溫條件下電解液不凝固及電池穩(wěn)定運(yùn)行。

全鐵液流電池以低成本氯化亞鐵作為活性物質(zhì)，避免了正負(fù)極交叉污染。而受到鐵負(fù)極Fe2+/Fe電化學(xué)反應(yīng)可逆性差的制約，全鐵液流電池的現(xiàn)有性能無法滿足應(yīng)用要求。為此，該工作在電極界面進(jìn)行金屬刻蝕處理，使得電極纖維表面富含缺陷結(jié)構(gòu)，調(diào)控了Fe2+離子在電極界面的沉積反應(yīng)成核特性，促進(jìn)了鐵沉積反應(yīng)均一性及氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并利用理論計(jì)算和仿真分析揭示了Fe2+在碳缺陷處的雜化作用增強(qiáng)機(jī)制及鐵沉積過程演化規(guī)律。組裝的全鐵液流電池實(shí)現(xiàn)了80 mW cm-2的功率密度和250圈循環(huán)99%的電流效率，且循環(huán)穩(wěn)定性有效提升了10倍。這證明了電極界面優(yōu)化設(shè)計(jì)可有效提升鐵負(fù)極性能，為實(shí)現(xiàn)全鐵液流電池高效穩(wěn)定運(yùn)行提供了新途徑。相關(guān)成果以Surface Engineered Carbon Felt toward Highly Reversible Fe Anode for All-Iron Flow Batteries為題，發(fā)表在Chemical Engineering Journal（2024,?487,?150592）上。

電極設(shè)計(jì)策略提升了全鐵液流電池的循環(huán)性能指標(biāo)。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(qū)的低溫運(yùn)行難以實(shí)現(xiàn)。弱化水分子間相互作用、降低電解液凝固點(diǎn)，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(wǎng)絡(luò)，將電解液凝固點(diǎn)有效降低到-20℃以下，協(xié)同提升了鐵負(fù)極電化學(xué)可逆性，實(shí)現(xiàn)了全電池在-20℃低溫條件下100小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。這為寬溫域全鐵液流電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化開發(fā)與應(yīng)用推廣奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。相關(guān)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(fā)表在Small（2024,?20,?2307354）上。

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