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中科院大連化物所開發(fā)出高能量密度錳基混合單液流電池
時(shí)間:2022-11-11 09:05來源:中科院大連化物所 作者:綜合報(bào)道
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近日，中科院大連化物所儲(chǔ)能技術(shù)研究部（DNL17）李先鋒研究員團(tuán)隊(duì)提出了一種基于Br-輔助MnO2放電的混合型液流電池，具有能量密度高、可逆性高的優(yōu)勢(shì)。
液流電池（FBs）由于安全性高、壽命長(zhǎng)、效率高等優(yōu)勢(shì)，在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。然而，目前液流電池能量密度較低，一定程度上限制了其進(jìn)一步發(fā)展。Mn2+/Mn3+具有電極電位高、溶解度高、電化學(xué)動(dòng)力學(xué)良好、成本低等優(yōu)勢(shì)，在高能量密度液流電池中有較好的前景。然而，氧化態(tài)Mn3+面臨嚴(yán)重的歧化副反應(yīng)容易導(dǎo)致“死錳”的積累，影響電池的能量密度、可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性。
本工作中，該團(tuán)隊(duì)通過在Mn2+的酸性電解液中引入Br-，在充電過程中，Br-/Br2（1.08V vs. SHE）和Mn2+/Mn3+（1.56V vs. SHE）兩個(gè)電化學(xué)過程在電極上依次發(fā)生，并且伴隨Mn3+到MnO2的歧化副反應(yīng)。對(duì)于放電過程，未歧化的Mn3+和部分MnO2在電極表面被還原成Mn2+；隨后，部分Br2被還原成Br-并且可以與電極上殘留的MnO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成Br2繼續(xù)參與放電，通過化學(xué)—電化學(xué)放電提高整個(gè)充放電過程的可逆性。
基于上述設(shè)計(jì)，該團(tuán)隊(duì)以Cd/Cd2+作為負(fù)極組裝成全電池（BMFB），該電池可在80mA/cm2下穩(wěn)定運(yùn)行超過500次循環(huán)，電池的能量密度超過360Wh/L；以硅鎢酸（SWO）作為負(fù)極組裝的電池可以穩(wěn)定運(yùn)行超過2000次循環(huán)。上述設(shè)計(jì)方案為開發(fā)高能量密度、長(zhǎng)壽命的錳基電池體系提供了理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。
相關(guān)研究成果以“Bromine Assisted MnO2 Dissolution Chemistry: Toward a Hybrid Flow Battery with Energy Density of over 300 Wh L-1”為題，發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）上。該工作的第一作者是我所DNL17博士研究生劉韻。上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室、中科院A類先導(dǎo)專項(xiàng)“變革性潔凈能源關(guān)鍵技術(shù)與示范”等項(xiàng)目的支持。（文/圖 謝聰鑫、劉韻）
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202213751
(責(zé)任編輯：子蕊)
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