中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所揭示寬溫區(qū)鋅鐵液流電池電解液活性物質(zhì)溶劑化結(jié)構(gòu)的調(diào)控機制
近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所儲能技術(shù)研究部(DNL17)李先鋒研究員和袁治章研究員團隊在鋅鐵液流電池電解液研究方面取得新進展。團隊通過調(diào)節(jié)電解液中活性物質(zhì)的溶劑化結(jié)構(gòu)，揭示了其對Fe(CN)64-/Fe(CN)63-低溫穩(wěn)定性的影響機制，拓寬了鋅鐵液流電池的低溫適應(yīng)性。 
儲能技術(shù)是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，實現(xiàn)“雙碳”目標的關(guān)鍵支撐技術(shù)。鋅鐵液流電池因其功率密度高、成本低等優(yōu)勢而備受關(guān)注。鋅鐵液流電池正極以Na4Fe(CN)6或K4Fe(CN)6作為活性物質(zhì)，其在水溶液中的濃度分別為0.56mol/L和0.76mol/L；在堿性溶液中，F(xiàn)e(CN)64-的濃度通常僅為0.4mol/L(室溫)，較低的濃度導(dǎo)致鋅鐵液流電池的能量密度偏低。此外，F(xiàn)e(CN)64-/Fe(CN)63-的溶解度對溫度十分敏感，導(dǎo)致電池僅能在室溫及以上溫度下可以正常運行。
針對上述問題，研究團隊通過調(diào)控電解液中離子-溶劑和離子-離子間的相互作用來調(diào)控活性物質(zhì)的溶劑化結(jié)構(gòu)，降低陽離子和Fe(CN)64-間的緊湊吸附構(gòu)型，抑制Fe(CN)64-形成冰晶的過程，并促使更多的水分子進入到Fe(CN)64-的溶劑化層，提高了Fe(CN)64-的溶解度(25 ℃下，達到1.7mol/L)及低溫穩(wěn)定性，將基于0.8mol/L Fe(CN)64-活性物質(zhì)的鋅鐵液流電池低溫適應(yīng)性拓寬至-10℃。該工作對提高鋅鐵液流電池穩(wěn)定性、能量密度，并擴寬其工作溫度區(qū)間具有重要意義，有望推進鋅鐵液流電池的實際應(yīng)用。
研究結(jié)果分別以“New Alkalescent Electrolyte Chemistry for Zinc-Ferricyanide Flow Battery”和“Zinc-Ferricyanide Flow Batteries Operating Stably under -10 °C”為題，發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)上。上述工作得到了國家自然科學(xué)基金、遼寧省自然科學(xué)基金、大連市科技創(chuàng)新等項目的支持。(文/圖 智莉平)
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