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液流電池是一種利用流動的液態(tài)電解液作為儲能介質(zhì)的儲能技術(shù)。該項技術(shù)能夠?qū)⒛芰康拇鎯娃D(zhuǎn)換過程物理上分離，使得液流電池可以在儲能容量和功率上進行獨立調(diào)整，從而在大規(guī)模長時儲能領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用中展現(xiàn)出卓越的靈活性。

《儲能產(chǎn)業(yè)研究白皮書》中顯示，從2000年到2022年，新型儲能裝機市場中，液流電池路線占整個新型市場儲能的比重僅為1.2%，鋰離子電池占比則高達94%。長時儲能需求爆發(fā)的刺激下，液流儲能自帶的“安全性”和方便擴容帶來的“經(jīng)濟性”優(yōu)勢，相較于鋰電池開始凸顯。然而活性物質(zhì)在水中存在溶解度極限，制約著水系液流電池的能量密度，因此水系液流電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展受到低能量密度和高成本等關(guān)鍵問題的限制。

近日，長沙理工大學(xué)教授賈傳坤和丁美，基于團隊首創(chuàng)的中性鐵硫液流電池體系，聯(lián)合新加坡國立大學(xué)教授王慶，利用氧化還原靶向反應(yīng)的機理，構(gòu)建了新一代高能量密度中性鐵硫固液相液流電池系統(tǒng)。

鐵氰化物/亞鐵氰化物是目前常見的水系液流電池正極活性物質(zhì)，具有可逆性好、穩(wěn)定性高和原材料成本低等優(yōu)點，但其溶解度低，阻礙了鐵基液流電池的發(fā)展。因此，亟需打破活性物質(zhì)溶解度限制，開發(fā)高能量密度電解液體系。

他們基于異離子效應(yīng)原理，將亞鐵氰化鉀和亞鐵氰化鈉混合物作為正極活性物質(zhì)，成功將鐵氰化物/亞鐵氰化物的溶解度大幅提升至1.62摩爾/升。并在正極儲液罐中引入普魯士藍作為固體儲能材料，利用氧化還原靶向反應(yīng)，進一步將正極活性物質(zhì)的理論濃度增加到10摩爾/升，該側(cè)在中性鐵硫液流電池體系中理論能量密度高達260 Wh L^-1。電池測試結(jié)果表明，正極電解液實際能量密度為92.8 Wh L^-1，電池的最大功率密度達到284.7 mW cm^-2。

該體系具有優(yōu)異的高溫性能，在50攝氏度下電池仍能保持良好的循環(huán)穩(wěn)定性，且固體儲能材料的利用率隨著溫度升高逐步增加。中性鐵硫液流電池小電堆的庫倫效率接近100%。除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)，基于氧化還原靶向反應(yīng)的中性鐵硫液流電池表現(xiàn)出超長的循環(huán)壽命，7000次(4500h)循環(huán)后，由于固體儲能物質(zhì)持續(xù)釋放容量，電池的容量保持率達到181.8%。

相比較以往報道的鐵氰化物/亞鐵氰化物電解液體系，該研究得到的電解液體系表現(xiàn)出最高的體積容量，為95.7 Ah L^-1。該研究設(shè)計的基于氧化還原靶向反應(yīng)的中性鐵硫液流電池具有較低的電解液成本，在大規(guī)模儲能領(lǐng)域極具應(yīng)用前景。目前，該成果已完成產(chǎn)業(yè)化落地，并正建設(shè)100兆瓦中性鐵硫液流電池生產(chǎn)線，預(yù)計2024年建成投產(chǎn)。

（資料來源：中國科學(xué)報）

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