近年來，中國新型儲能裝機規(guī)模呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長態(tài)勢。同時，在鋰離子電池儲能占絕對主導地位的同時，新型儲能新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，壓縮空氣儲能、液流電池儲能等在內(nèi)的技術(shù)路線可謂“百花齊放”。

深圳理工大學科研團隊的一項最新研究顯示，該團隊正在試圖解決水系鋅溴液流電池壽命短且容易“早衰”的致命弱點。鋅溴液流電池是除全釩液流電池以外商業(yè)化較為成功的液流電池技術(shù)，因成本低、安全性高、儲電能力強等特點，水系鋅溴液流電池被認為在電網(wǎng)儲能領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。

“水系鋅溴液流電池之所以會有上述弱點，是因為在電池充放電時，鋅金屬會像樹枝一樣不受控制地生長（枝晶），這些‘金屬刺’可能刺穿電池隔膜導致短路，嚴重縮短電池壽命。”深圳理工大學材料科學與能源工程學院助理教授梁國進表示，同時電池內(nèi)還會產(chǎn)生氫氣氣泡（析氫反應），進一步降低電池效率和壽命。

為解決上述問題，梁國進等人研發(fā)出一種高可逆性碳氈電極，在其表面均勻“鋪”了一層鉛納米顆粒。研究介紹，這些鉛顆粒就像“交通標志”一樣，能夠引導鋅金屬平整有序地沉積，避免亂長“金屬刺”。

同時，這種經(jīng)過鉛改性的電極還具有更高的析氫反應過電位，可以抑制析氫反應，也就是抑制氫氣氣泡產(chǎn)生，讓電池工作更穩(wěn)定。

不同電極調(diào)控鋅成核和生長行為的示意圖。a代表傳統(tǒng)碳氈電極，b代表鉛納米顆粒改性的碳氈電極（灰色球體：碳原子；藍色球體：鋅原子；橙色球體：鉛原子）

該研究工作最新發(fā)表在國際學術(shù)期刊《自然-通訊》（Nature Communications）。該研究由深圳理工大學院士工作站教授成會明指導，材料科學與能源工程學院助理教授梁國進、副教授孫源淼為共同通訊作者。

研究團隊在這項實驗中證明，基于團隊研發(fā)出的改性電極的鋅溴液流電池壽命大幅延長，在超過2300小時的時間里，每平方厘米電極上累計儲存23安時的電量，且能量轉(zhuǎn)化效率平均超過78%。

同時，基于鉛納米顆粒改性的碳氈電極的鋅溴液流電池還展現(xiàn)出其在嚴苛條件下的強勁性能，實現(xiàn)了超過4000次循環(huán)的穩(wěn)定循環(huán)壽命，而傳統(tǒng)電池僅能循環(huán)幾百次，壽命大約提升了10倍。而且，即使在超高電流密度/面容量的情況下，鉛納米顆粒改性的碳氈電極也能有效抑制枝晶生長和析氫反應。

梁國進說，鉛納米顆粒改性的碳氈電極是一種具有成本效益且高效的解決方案，可用于提高鋅負極的可逆性，極大提升了鋅溴液流電池在大規(guī)模、低成本儲能應用中的實際可行性。“這項工作為鋅基液流電池中高可逆性鋅電極的設(shè)計提供了有益見解。”其表示。