科技日?qǐng)?bào)記者 張?zhí)N

近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員李先鋒團(tuán)隊(duì)在溴基多電子轉(zhuǎn)移液流電池新體系研究方面取得了新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)出一種新型溴基兩電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)體系，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)壽命鋅溴液流電池的概念驗(yàn)證及系統(tǒng)放大。相關(guān)成果發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《自然·能源》上。

溴基液流電池依賴(lài)于溴離子（Br^-）與溴單質(zhì)（Br₂）的氧化還原反應(yīng)，具有資源來(lái)源廣、電極電勢(shì)高以及溶解度高等優(yōu)勢(shì)。然而，在充電過(guò)程中產(chǎn)生的大量Br₂會(huì)對(duì)電池材料造成嚴(yán)重腐蝕，顯著降低電池的循環(huán)壽命，并對(duì)電池材料的耐腐蝕性提出了更高的要求，進(jìn)一步推高了電池成本。傳統(tǒng)溴絡(luò)合劑雖然在一定程度上可以緩解腐蝕問(wèn)題，但其形成的分相結(jié)構(gòu)往往導(dǎo)致體系均勻性差，增加了系統(tǒng)復(fù)雜性。

為解決這一難題，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種新型溴雙電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)路徑。通過(guò)在溴電解液中引入連接吸電子基團(tuán)的胺類(lèi)化合物作為溴清除劑，他們發(fā)現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的Br_?可以轉(zhuǎn)化為溴代胺類(lèi)化合物，有效降低溶液中Br_?的濃度。與傳統(tǒng)的單電子轉(zhuǎn)移方法（Br^?到Br⁰）不同，該反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了從Br^?到Br^?（溴代胺類(lèi)化合物）的雙電子轉(zhuǎn)移，顯著提高了電池的能量密度。同時(shí)超低的Br_?濃度大幅度降低了電解液腐蝕性，提高了電池壽命。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將這一新反應(yīng)應(yīng)用于鋅溴液流電池。實(shí)驗(yàn)表明，采用廉價(jià)且耐腐蝕性較差的SPEEK（磺化聚醚醚酮）膜，電池仍可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。在放大至5kW級(jí)的系統(tǒng)測(cè)試中，該電池在40mA cm^-2的條件下可以穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)700個(gè)循環(huán)，總壽命超過(guò)1400小時(shí)，能量效率超過(guò)78%。由于Br_?濃度極低，循環(huán)前后電池的關(guān)鍵材料如集流體、電極與隔膜均未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，進(jìn)一步驗(yàn)證了電解液的無(wú)腐蝕性。

該工作為長(zhǎng)壽命溴基液流電池的設(shè)計(jì)提供了全新的思路，為鋅溴液流電池的進(jìn)一步應(yīng)用推廣奠定了基礎(chǔ)。