?第一作者：Zhiquan Wei

通訊作者：支春義、梁國(guó)進(jìn)

通訊單位：香港城市大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院等

論文速覽

利用低成本多孔膜的水系鋅液流電池是高功率密度大規(guī)模儲(chǔ)能的有前途的候選電池。然而，多碘化物交叉導(dǎo)致的容量損失和低庫侖效率阻礙了電網(wǎng)級(jí)電池的性能。

本文提出了一種利用淀粉介導(dǎo)的膠體化學(xué)方法，用于制備高可逆的鋅基多碘化物氧化還原液流電池。通過增強(qiáng)化學(xué)吸附誘導(dǎo)膠體聚集，實(shí)現(xiàn)了尺寸篩選效應(yīng)，有效抑制了多碘化物的交叉，從而可以使用具有高離子導(dǎo)電率的低成本多孔膜。

開發(fā)的液流電池在37.5 mA cm^-2的電流密度下達(dá)到了42 mW cm^-2的高功率密度，并在32.4 Ah L^-1的電解液容量下，即使在50°C的高溫條件下，也能保持超過98%的庫侖效率和200個(gè)循環(huán)的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。

此外，與光伏組件集成的擴(kuò)大規(guī)模液流電池模塊展示了實(shí)際的可再生能源存儲(chǔ)能力。成本分析顯示，由于使用了廉價(jià)的多孔膜，安裝成本比使用Nafion膜的電池降低了14.3倍，顯示了其在電網(wǎng)能量存儲(chǔ)中的潛在競(jìng)爭(zhēng)力。

圖文導(dǎo)讀

圖1：在低成本聚烯烴基多孔膜(LPPM)上使用和不使用膠體淀粉的Zn-I FBs在室溫和高溫條件下的不同過程。

圖2：含淀粉膠體電解液的表征。

圖3：25°C下Zn-IS FBs的電化學(xué)性能。

圖4：50°C高溫下Zn-IS FBs的電化學(xué)性能。

圖5：Zn-IS FBs的實(shí)際應(yīng)用和1 MW Zn-I FBs的安裝成本。

總結(jié)展望

本研究開發(fā)了一種基于淀粉的膠體化學(xué)方法，通過尺寸篩選效應(yīng)顯著提高了鋅基多碘化物氧化還原流電池的性能。通過使用低成本的多孔聚烯烴基膜(LPPM)，實(shí)現(xiàn)了高功率密度、高庫侖效率和長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。

在高溫50°C條件下，電池仍然能夠保持優(yōu)異的性能，顯示了其在實(shí)際可再生能源存儲(chǔ)系統(tǒng)中的潛力。此外，通過成本分析，展示了使用淀粉基膠體電解液和PP膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Nafion膜可以顯著降低流電池的安裝成本，增強(qiáng)了其在大規(guī)模電網(wǎng)儲(chǔ)能應(yīng)用中的競(jìng)爭(zhēng)力。

這項(xiàng)工作為開發(fā)低成本、高功率、高溫度適應(yīng)性的下一代鋅基流電池提供了新的策略，并為未來的電網(wǎng)規(guī)模能量存儲(chǔ)應(yīng)用提供了新的方向。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Starch-mediated colloidal chemistry for highly reversible zinc-based polyiodide redox flow batteries

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-48263-8