研究实现锌溴液流电池低温稳定运行

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员李先锋团队在低温锌溴液流电池研究方面取得新进展。团队揭示了络合剂水合作用对多溴化物低温相稳定性及锌沉积行为的协同调控机制，并通过调控季铵盐溴络合剂阳离子水合作用，抑制了多溴化物络合物的低温液—固相变与负极锌向膜内生长现象，实现了锌溴液流电池在低温条件下稳定运行。相关成果《美国化学会志》。 锌溴液流电池具有安全性高、成本低、能量密度高等优势，在分布式储能领域应用前景广阔。溴络合剂作为锌溴液流电池中不可或缺的组分，能够与充电过程中生成的溴（Br2）物种发生络合反应，形成多溴化物油相，进而抑制溴的跨膜扩散，并降低其挥发性和腐蚀性。然而，低温环境会引发锌溴液流电池多溴化物油相优先发生相变，导致离子电导率急剧下降与流道堵塞，进而加剧放电极化并阻碍活性物质的供给，给电池在工况下稳定运行带来挑战。 本工作中，团队提出了一种溴络合剂水合作用调控策略，可提高多溴化物油相在低温条件下的液相保持能力，并降低电池内部短路风险。研究表明，具有较强水合能力的溴络合剂不仅能够向多溴化物油相中引入适量水从而降低其相变温度，还可通过提升多溴化物在水相中的溶解度，抑制金属锌向隔膜内部的生长现象。 基于此，团队设计并合成出新型溴化1-[2-羟乙基]-1-甲基吡咯烷络合剂，可使锌溴液流电池在高电流密度条件下具有优于传统溴络合剂体系的循环寿命，在200 mA cm?2充电和80 mA cm?2放电条件下，循环寿命由约800次提高至4000次以上。同时，研究提升了低温适应性，在?20 °C、40 mA cm?2条件下的稳定运行时间由不足10 h延长至700 h以上。 本研究为长寿命低温锌溴液流电池高性能溴络合剂的结构设计提供了新思路。