长理学者成功研发首款低成本高能量密度锌-高锰液流电池
时间:2023-08-07 17:58来源:湖南日报 作者:叶正芳
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日前，长沙理工大学储能研究所教授贾传坤、丁美联合中南大学副教授刘金龙、清华大学深圳国际研究生院副教授周光敏创新性研发了首款低成本高能量密度锌-高锰液流电池，相关成果发表在国际知名期刊Energy Storage Materials《储能材料》上。这一新型液流电池技术有望为中大规模储能提供新方案。
实现“双碳”目标，能源是主战场，储能技术则是能源转型和能源安全的关键技术。随着储能行业向着高效率、低成本、灵活运行方向快速发展，亟需开发性能更好、成本更低和寿命更长的新型储能电池体系。液流电池以其功率与能量独立、设计灵活简单和循环寿命长等优点，是目前最具应用前景的中大规模储能技术之一。但与此同时，液流电池储能技术要满足商业化应用要求，仍面临提质降本的挑战。因此，开发由来源广泛、价格低廉的氧化还原活性物质构成的液流电池体系，意义重大且迫切。
锌在地壳中储量丰富，且在碱性条件下，锌具有较低的氧化还原电位，理论容量高，是较为理想的电池负极活性材料。地壳中锰储量同样丰富，高锰酸根离子的氧化还原电位较高，同时其钠盐有较大的溶解度，但由于其较强的氧化性和腐蚀性，严重限制其在液流电池中的使用寿命。
基于上述背景，贾传坤团队开发了具有更好电化学活性、更强稳定性和抗氧化性的石墨烯复合碳毡电极，成功破解了高锰酸钠作为正极活性物质的传统壁垒，开发出首款低成本高能量密度的锌-高锰液流电池。
据测试，该款电池在能量密度、稳定性及成本方面均表现优异。该电池电压达1.98 V，是目前已报道具有单层隔膜结构的水系液流电池最高值，全电池的实际能量密度能够达到 97.8 瓦时/升，可高达传统水系液流电池能量密度的4倍；得益于石墨烯改性碳毡电极的优异性能，该电池能够循环5000次，稳定性突出；其优异的倍率性能和较高的峰值功率密度拓展了该电池在调频调峰等场景的应用可能。当前，由该款电池构建的小型电堆可以稳定运行超过1200个循环，容量保持率达到77.7%。加之其更为低廉的成本，商业化应用的潜力蔚为光明。
据悉，该成果于2019年8月申请发明专利，在世界上最早对锌-高锰液流电池技术进行了保护，并于2022年2月获得专利授权。基于锌-高锰液流电池低成本、高能量密度和良好电池性能等优点，有望广泛应用于中大规模储能领域，为实现“碳中和”目标和可持续发展提供坚实技术支撑。目前，该成果已完成专利技术转化，研究人员正在进行产品小试。
长沙理工大学硕士研究生向维哲、杨明辉为论文共同第一作者。长沙理工大学能动学院教授丁美、贾传坤，中南大学副教授刘金龙和清华大学深圳国际研究生院副教授周光敏为论文共同通讯作者。
(责任编辑：子蕊)
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锌-高锰液流电池
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