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有望应用于大规模储能技术可自我恢复高能量燃烧器探照灯汽车音响毫欧电热水瓶Frc

发布时间:2024-01-09 16:31:11 阅读: 来源:酒壶厂家

有望应用于大规模储能技术 可“自我恢复”高能量密度、长寿命锌碘液流电池

近日,中科院大连化物所报道了一种新型的、长寿命、可自恢复的锌碘液流电池技术。这种能“起死回生”的进而提供详细的数据提供给人们分析神奇电池有望用作大规模储能技术,解决目前风能、太阳能等发电不连续、不稳定、不可控的难题,实现清洁能源高效利用。今天,将为大家揭开这神奇电池背后的秘密。

枝晶问题:电池负极长出枝桠,然后就短路了

液流电池作为一种新型的电化学储能技术,成为大规模储能的首选技术之一。锌碘液流电池采用高比容量、高活性的锌离子作为负极活性物质,具有高能量密度、高安全性的优势。除高比容量的锌负极外,锌碘液流更选用高比容量、高工作电压的碘电对做正极活性电对,进一步提高了电池整体的能量密度,展现广阔的应用前景。然而,与其他锌基电池一样,锌负极的“枝晶问题”是其商业化发展道路上的一大难关。

锌负极在不断充是专业从事实验室专用材料性能测试仪器、实验机厂家放电过程中,会产生不规则的锌枝晶(图1),这种“树状结构”的枝晶会在循环过程中不断生长,最终刺穿电池的膜,造成电池的短路,严重影响电池的循环寿命。此外,负极侧难以避免的析氢问题也影响着电解液的稳定性,降低了电池的循环性能。

所以,抑制锌枝晶的产生并且提高电解液的稳定性是提高锌基液流电池循环稳定性,实现高能量密度液流电池实际应用的关键。

图1 锌负极枝晶的形貌和结构

“长枝桠”问题既然难以抑制,那么就将危害降到最小

可是在小变形条件下如何抑制锌枝晶的问题呢?从加入添加剂来控制晶核的均匀生长,到三维多孔电极来调控锌在孔中的均匀沉积,众多的科研学者给出了自己的解决方案。

然而,添加剂的加入会大大增加电池的极化,虽然抑制了锌枝晶的生长速度,但是在长循环测试中,最终也难逃电池短路的命运。三维多孔电极虽然增加了电极的比表面积,从而增加了内部“枝晶”的生长空间,但电极表面的枝晶产生和生长依然难以抑制,最终殊途同归,电池短路,寿命结束。

中国有句古话,既来之,则安之。既然锌枝晶很难被完全抑制,那么更好的解决方案就是将其的危害降到最小。科研学者想出了一个办法:通过膜结构和电解液的优化让产生的锌枝晶不能穿过膜;或者将部分已经穿过膜的锌枝晶自动消除。

这种新的思路看似反其道而为之,实际上则是顺势而为,为锌基电池负极稳定性提高提供了新途径。

图2 长寿命可恢复的锌碘液流电池技术示意图

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新电池的优点很多,最奇妙的就是活得久还能自己“满血复活”

中科院大连化物所储能技术研究部的研究者们在这一思路的指导下研发了上述的长寿命可自恢复的锌碘液流电池技术,通过使用廉价的聚烯烃多孔膜和高稳定性电解液实现电池的长期循环以及电池短路后的自恢复。

锌碘液流电池在充电过程中,负极的锌枝晶会不断向前生长,直到刺穿膜生长到正极一侧,造成电池短路;然后,正极氧化态电解液会与短路的锌枝晶发生化学反应,将锌枝晶慢慢溶解掉,最终,电池的短路消失,性能恢复正常。

材料廉价:采用高离子导通性、低成本的聚烯烃多孔膜(15美元/平方米)替代传统的离子交换膜 (Nafion 115,700美元/平方米),提高了电池的工作电流密度,同时大幅降低了电池的成本。

长寿:在充电过程中聚烯烃多孔膜孔径中充满了氧化态的正极电解液,当锌枝晶生长到膜孔内部商品房后,氧化态的电解液可以将锌枝晶溶解掉,从而防止锌枝晶造成电崇左池的短路,实现电池的长寿命循环。

可自恢复:即使在高电流密度长时间充电时,电池发生了短路,也可以通过膜孔内氧化态电解液对锌枝晶的溶解作用实现电池性能的自恢复。

功率高、稳定:含采用高稳定性、高导电率的 ZnBr2 和 KI 的混合溶液替代了传统的 ZnI2 溶液,进一步提高了电池的高功率性能和循环稳定性。实验结果表明,单电池在80 mA/cm2下运行,能量效率高达82%,比之前报道的锌碘体系提高抄数机了8倍,能量密度可达80 Wh/L;即便是在180 mA/cm2下运行,电池的能量效率仍然超过70%。长循环实验表明,单电池可以在80 mA/cm2下稳定运行1000圈以上,时长超过三个月。

实用、可靠:研究团队将单电池进一步放大组装了千瓦级电堆(图3),该电堆可以在80 mA/cm2 下稳定运行300圈以上,能量效率保持在80%左右。此外,电堆仍然具有短路恢复的特性,有力的证明了该体系的可靠性和实用性。

图3 长寿命可恢复的锌碘液流电池电堆及其充放电性能

综上所述,在研究者们创新性的思考和多方面的实践努力下,这种能“起死回生”的神奇电池就诞生啦!科技来源于生活,终将服务于生活。希望我们能早日在实际生产生活中见到它,感受它的魅力与神奇。

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