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          我所開發出高能量密度錳基混合單液流電池

            近日,我所儲能技術研究部(DNL17)李先鋒研究員團隊提出了一種基于Br-輔助MnO2放電的混合型液流電池,具有能量密度高、可逆性高的優勢。

            液流電池(FBs)由于安全性高、壽命長、效率高等優勢,在大規模儲能領域受到了廣泛關注。然而,目前液流電池能量密度較低,一定程度上限制了其進一步發展。Mn2+/Mn3+具有電極電位高、溶解度高、電化學動力學良好、成本低等優勢,在高能量密度液流電池中有較好的前景。然而,氧化態Mn3+面臨嚴重的歧化副反應容易導致“死錳”的積累,影響電池的能量密度、可逆性和循環穩定性。

            本工作中,該團隊通過在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)兩個電化學過程在電極上依次發生,并且伴隨Mn3+到MnO2的歧化副反應。對于放電過程,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發生化學反應生成Br2繼續參與放電,通過化學—電化學放電提高整個充放電過程的可逆性。

            基于上述設計,該團隊以Cd/Cd2+作為負極組裝成全電池(BMFB),該電池可在80mA/cm2下穩定運行超過500次循環,電池的能量密度超過360Wh/L;以硅鎢酸(SWO)作為負極組裝的電池可以穩定運行超過2000次循環。上述設計方案為開發高能量密度、長壽命的錳基電池體系提供了理論指導和技術支持。

            相關研究成果以“Bromine Assisted MnO2 Dissolution Chemistry: Toward a Hybrid Flow Battery with Energy Density of over 300 Wh L-1”為題,發表在《德國應用化學》(Angewandte Chemie International Edition)上。該工作的第一作者是我所DNL17博士研究生劉韻。上述工作得到國家自然科學基金、中科院電化學儲能技術工程實驗室、中科院A類先導專項“變革性潔凈能源關鍵技術與示范”等項目的支持。(文/圖 謝聰鑫、劉韻)

            文章鏈接:https://doi.org/10.1002/anie.202213751

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