大连化物所突破溴基液流电池技术瓶颈 新型双电子转移体系助力长寿命储能

液流电池作为大规模储能技术的重要方向,在新能源消纳和电网调峰中具有重要应用价值。

其中溴基液流电池因其资源丰富、电极电势高、溶解度大等特点备受关注,但长期以来面临一个难以克服的技术瓶颈。

溴基液流电池的工作原理是利用溴离子与溴单质之间的氧化还原反应进行能量转换。

在充电过程中,大量溴单质会不断产生。

这些高活性的溴单质具有强烈的腐蚀性,对电池的集流体、电极和隔膜等关键材料造成严重侵蚀,导致电池循环寿命显著缩短。

为了防止腐蚀,传统方案采用溴络合剂来固定溴单质,但这种方法形成的分相结构往往导致电解液均匀性不足,增加了系统的复杂性和成本,难以满足商业化应用的需求。

针对这一难题,大连化学物理研究所研究团队提出了全新的解决思路。

他们在深入研究电化学反应机制的基础上,在溴电解液中引入含有吸电子基团的胺类化合物作为溴清除剂。

通过精心设计分子结构,使得电化学反应中产生的溴单质能够迅速转化为溴代胺类化合物,从而将溶液中溴单质的浓度降至极低水平。

这一创新体系的核心在于实现了从溴离子到溴代胺类化合物的双电子转移反应路径。

相比传统的单电子转移方法,双电子转移机制大幅提高了电池的能量密度,使每个充放电循环释放的能量更多。

同时,由于溴单质浓度极低,电解液对电池材料的腐蚀性几乎消除,从根本上延长了电池的使用寿命。

研究团队将这一新反应体系应用于锌溴液流电池的实际开发中。

在5kW级系统的放大测试中,采用价格低廉但耐腐蚀性能一般的SPEEK膜作为隔膜,电池仍然能够在40毫安每平方厘米的电流密度下稳定运行超过700个循环,总寿命超过1400小时,能量效率超过78%。

更值得关注的是,循环前后电池的集流体、电极与隔膜等关键部件均未出现任何腐蚀现象,充分验证了新体系的无腐蚀特性。

这一突破具有重要的实际意义。

首先,它彻底改变了传统溴基液流电池必须采用高成本耐腐蚀材料的局面,使用廉价材料也能实现长寿命稳定运行,大幅降低了电池成本。

其次,新体系简化了电解液的组成,提高了系统的稳定性和可靠性。

再次,长寿命和高效率的结合使得溴基液流电池在储能领域的竞争力显著增强。

相关研究成果已发表于国际顶级学术期刊《自然-能源》,得到了国际学术界的广泛认可。

从储能产业发展的角度看,这项创新为锌溴液流电池的进一步商业化应用奠定了坚实基础。

随着新能源装机容量的快速增长,对长时间尺度储能技术的需求日益迫切。

溴基液流电池因其安全性好、成本相对低廉、可循环利用等优势,有望成为大规模储能的重要技术路线。

该研究的成功突破将加速这一技术从实验室向产业化的转化进程。

储能技术的进步往往来自对“瓶颈环节”的精准拆解与系统重构。

以反应机理创新降低腐蚀、以工程验证回应应用需求,这一研究体现了基础科学与产业方向的相互牵引。

面向“双碳”目标和新型电力系统建设,谁能在寿命、效率与成本之间找到更优解,谁就更可能在未来储能赛道中赢得主动。

此次进展为溴基液流电池打开了新的想象空间,也为我国储能技术体系的多元化布局提供了有益支撑。