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大连化物所开发出高能量密度锰基混合单液流电池

  2022-11-10 字体:【大】 【中】 【小】

近日,中国科学院大连化学物理研究所储能技术研究部研究员李先锋团队开发出基于Br-辅助MnO2放电的混合型液流电池,具有能量密度高、可逆性高的优势。

液流电池(FBs)具有安全性高、寿命长、效率高等优势,在大规模储能领域受到广泛关注。目前,液流电池能量密度较低,进一步发展受阻。Mn2+/Mn3+具有电极电位高、溶解度高、电化学动力学良好、成本低等优势,在高能量密度液流电池中有较好的应用前景。然而,氧化态Mn3+的歧化副反应易导致“死锰”积累,影响电池的能量密度、可逆性和循环稳定性。

科研团队在Mn2+的酸性电解液中引入Br-。在充电过程中,Br-/Br2(1.08V vs. SHE)和Mn2+/Mn3+(1.56V vs. SHE)两个电化学过程在电极上依次发生,并伴随Mn3+到MnO2的歧化副反应。在放电过程中,未歧化的Mn3+和部分MnO2在电极表面被还原成Mn2+。随后,部分Br2被还原成Br-且可与电极上残留的MnO2发生化学反应生成Br2继续参与放电,利用化学-电化学放电提高充放电过程的可逆性。基于上述设计,以Cd/Cd2+为负极组装成的全电池(BMFB)可在80mA/cm2下稳定循环运行超500次,电池的能量密度超过360Wh/L;以硅钨酸(SWO)为负极组装的电池可稳定运行超过2000次循环。该研究为开发高能量密度、长寿命的锰基电池体系提供了理论指导和技术支持。

相关研究成果以Bromine Assisted MnO2 Dissolution Chemistry: Toward a Hybrid Flow Battery with Energy Density of over 300 Wh L-1为题,发表在《德国应用化学》(Angewandte Chemie)上。研究工作得到国家自然科学基金、中科院电化学储能技术工程实验室、中科院战略性先导科技专项“变革性洁净能源关键技术与示范”等的支持。

大连化物所开发出高能量密度锰基混合单液流电池

(大连化学物理研究所)
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