锌碘液流电池研究进展分析

: 近日,中科院大连化学物理研究所储能技术研究部研究员李先锋、张华民领导的研究团队在高能量密度、长寿命锌碘研究方面取得新进展,有效解决了目前储能电池存在的循环寿命短、功率密度低以及风能、太阳能等发电不连续、不稳定、不可控等难题,实现了清洁能源高效利用。围绕的相关技术问题,记者专访了张华民。

锌碘液流电池取得新进展

您所在的研究团队在锌碘液流电池方面取得了新进展,研发出的锌碘液流电池寿命长、可自我恢复,能详细介绍一下什么是自我恢复功能吗?

张华民:对锌基液流电池来说,锌枝晶的问题对电池寿命有很大影响,特别是高电流密度充电时,更容易生成锌枝晶。为解决锌枝晶的影响,我们创新性地采用了具有很好机械性能和合适厚度的多孔非氟膜作为离子传导膜,即使在高电流密度长时间充电时,形成了锌枝晶使电池发生了短路,可通过多孔离子传导膜孔内氧化态电解液(碘三离子)对锌枝晶的溶解作用实现电池性能的自恢复,或叫愈合,从而解决了由于锌枝晶导致的电池循环寿命差的问题。

相比,锌碘液流电池在能量密度、寿命、安全性、环保性等方面,有哪些优势和劣势?

张华民:迄今为止开发了多种电池技术,各有各的特点,各有各的应用领域。在液流电池领域,全钒液流电池已经进入产业化阶段,全钒液流电池安全性好、充放电循环寿命长、电池材料特别是电解质溶液可循化利用、生命周期的性价比高、环境友好。但由于钒的溶解度所限,比能量较低,比较适用于大规模储能电站。

与全钒液流电池相比,锌碘液流电池由于碘离子在水溶液中的浓度可达8M,所以能量密度更高,安全性、继承了液流电池的固有优势,环保方面,锌碘液流电池使用碘化钾和溴化锌作为活性物质,是中性体系,环境友好。

和全钒相比,其劣势在于,所有的锌基液流电池是靠锌的沉积和溶解实现电能的存储和释放,但目前由于技术所限,锌枝晶会影响电池的寿命,而锌负极面的均匀沉积量较低,造成锌基液流电池的储能容量较低,仅适合规模相对较小的储能领域。

所在的团队都研究哪些方面的电池技术?何时开展锌碘液流电池的研发?当前进展如何?

张华民:我们团队除一直致力于全钒液流电池的研究开发及产业化之外,10多年来围绕锌基液流电池开展系列研究工作,包括锌溴液流电池、锌镍液流电池、锌铁液流电池和锌碘液流电池等。

我们团队锌碘液流电池的研发工作,迄今主要的进展是研制出了高稳定性、高离子电导率的电解液,以及低成本、高离子传导性的多孔非氟离子传导膜;并初步集成出千瓦级电堆。

目前处于研究初期阶段

据了解,国际上如美国也在对锌碘液流电池进行研发,其研发水平目前处于什么阶段?中国与之相比,处在什么水平?

张华民:美国西北太平洋国家实验室的科学家对锌碘液流电池的研发较早,他们提出锌碘液流电池体系。我们团队在基于多年全钒液流电池及锌基液流电池开发经验的基础上,不仅将锌碘液流电池性能大幅度提高,而且开展了工程化研究开发。

目前我们报道的性能远远高于美国国家实验室报道的性能。我们研究开发的锌碘液流电池在电池的能量效率不低于80%的前提条件下,电池的工作电流密度可以达到80mA/cm2,循环寿命超过1000次。美国报道的锌碘液流电池的工作电流密度在10mA/cm2,电池的循环寿命低于50次。此外,我们团队已集成出千瓦级的电堆,并且在电流密度80mA/cm2下连续运行了300次循环并仍在持续运行。而其他的科研团队目前还没有尝试对锌碘体系进行放大。可以说,与外国相比,在锌碘液流电池方面我们的成果和技术更加先进。

锌碘液流电池目前处于研究的初期阶段,根据您的预计,何时有望大规模应用开来?后续还需要攻克哪些技术难关?

张华民:锌碘液流电池的确还处于研究的初期阶段,从基础研究层面来讲,后续还需要攻克的主要问题包括:如何提高负极锌的面容量和电池功率密度,如何优化电堆结构提高电堆的稳定性;另外,还需要从电解质溶液化学入手,进一步降低锌碘液流电池的成本。同时,如何获得低价格的碘也是决定其规模应用的关键之一。

原标题:锌碘液流电池性能大幅提高 ——访中科院大连化学物理研究所研究员张华民

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