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长寿命锌基液流电池复合离子传导膜研究

      近日,中科院大连化物所研究员李先锋、张华民团队在长寿命锌基液流电池复合离子传导膜研究方面取得新进展。将具有高导热性、高机械强度的氮化硼纳米片引入多孔基膜中,制备出复合离子传导膜,可显著提高锌基液流电池的循环寿命。研究成果发表于德国《应用化学》。

 

      锌基液流电池储能技术因具有成本低、安全性高、环境友好等特点,在分布式储能领域展现出良好的应用前景。但是,由于锌离子在负极被还原时,易沉积形成不同形貌(如树枝状、苔藓状、层状等)的金属锌,其中具破坏性的树枝状金属锌即“锌枝晶”生长到一定程度,便会刺破离子传导膜,造成电池循环寿命下降。离子传导膜是电池的关键零部件之一,其特点对锌沉积形貌、锌枝晶生长过程具有重要影响,因此,合理的膜结构设计在提高电池循环稳定性方面发挥着重要作用。

 

      此前,研究团队发现,通过膜材料荷电特性可实现对锌沉积方向和形貌的调控,从而大幅度提高锌基液流电池的循环稳定性。

 

      近日,研究人员将具有高导热性和高机械强度的氮化硼纳米片引入多孔基膜中,即在基膜中加入一层氮化硼纳米片,制备出复合离子传导膜。面向负极的氮化硼纳米片一方面可使电极表面温度均匀分布,调节锌沉积形貌由尖锐的“树枝状”变为柔和的“薯条状”;另一方面,氮化硼纳米片机械强度高,可有效阻挡过度生长的尖锐锌枝晶,避免其对膜材料造成破坏。这两方面的协同作用可显著提高电池的循环寿命。利用该膜组装的碱性锌铁液流电池,在80毫安每平方厘米电流密度条件下,稳定运行500次充放电循环(近800小时)无明显衰减。即使在200毫安每平方厘米电流密度条件下,能量效率也超过80%。

 

      本项研究结果对锌基电池中锌负极的调控具有重要的借鉴意义。(来源:中国科学报 刘万生 胡静)

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