日前，長沙理工大學儲能研究所賈傳坤教授、丁美教授聯(lián)合中南大學劉金龍副教授、清華大學深圳國際研究生院周光敏副教授創(chuàng)新性研發(fā)了首款低成本高能量密度鋅-高錳液流電池，相關(guān)成果發(fā)表在國際知名期刊《Energy
Storage Materials》(《儲能材料》)上。這一新型液流電池技術(shù)有望為中大規(guī)模儲能提供新方案。
實現(xiàn)“雙碳”目標，能源是主戰(zhàn)場，儲能技術(shù)則是能源轉(zhuǎn)型和能源安全的關(guān)鍵技術(shù)。隨著儲能行業(yè)向著高效率、低成本、靈活運行方向快速發(fā)展，亟需開發(fā)性能更好、成本更低和壽命更長的新型儲能電池體系。液流電池以其功率與能量獨立、設(shè)計靈活簡單和循環(huán)壽命長等優(yōu)點，是目前最具應用前景的中大規(guī)模儲能技術(shù)之一。但與此同時，液流電池儲能技術(shù)要滿足商業(yè)化應用要求，仍面臨提質(zhì)降本的挑戰(zhàn)。因此，開發(fā)由來源廣泛、價格低廉的氧化還原活性物質(zhì)構(gòu)成的液流電池體系，意義重大且迫切。
鋅在地殼中儲量豐富，且在堿性條件下，鋅具有較低的氧化還原電位，理論容量高，是較為理想的電池負極活性材料。地殼中錳儲量同樣豐富，高錳酸根離子的氧化還原電位較高，同時其鈉鹽有較大的溶解度，但由于其較強的氧化性和腐蝕性，嚴重限制其在液流電池中的使用壽命。
基于上述背景，賈傳坤團隊開發(fā)了具有更好電化學活性、更強穩(wěn)定性和抗氧化性的石墨烯復合碳氈電極，成功破解了高錳酸鈉作為正極活性物質(zhì)的傳統(tǒng)壁壘，開發(fā)出首款低成本高能量密度的鋅-高錳液流電池。
據(jù)測試，該款電池在能量密度、穩(wěn)定性及成本方面均表現(xiàn)優(yōu)異。該電池電壓達1.98V，是目前已報道具有單層隔膜結(jié)構(gòu)的水系液流電池最高值，全電池的實際能量密度能夠達到
97.8
瓦時/升，可高達傳統(tǒng)水系液流電池能量密度的4倍;得益于石墨烯改性碳氈電極的優(yōu)異性能，該電池能夠循環(huán)5000次，穩(wěn)定性突出;其優(yōu)異的倍率性能和較高的峰值功率密度拓展了該電池在調(diào)頻調(diào)峰等場景的應用可能。當前，由該款電池構(gòu)建的小型電堆可以穩(wěn)定運行超過1200個循環(huán)，容量保持率達到77.7%。加之其更為低廉的成本，商業(yè)化應用的潛力光明。
目前，該成果已完成專利技術(shù)轉(zhuǎn)化，研究人員正在進行產(chǎn)品小試。