综述:将混合液流电池转化为无枝晶全液流电池的替代概念

【字体: 时间:2025年05月21日 来源:Current Alternative Energy

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  本综述提出利用阳离子交换树脂(CER)的静电力吸引金属离子与纳米级导体至聚合物基质,通过均匀分布的正电荷官能团实现金属均匀沉积,消除枝晶(Dendrite)引发的安全隐患,为混合液流电池升级为无枝晶全液流电池提供新路径,可推广至金属基水 / 非水混合体系。

  
本研究提出一种将混合液流电池(Hybrid Flow Batteries)转化为无枝晶全液流电池(Dendrite-Free Full-Flow Batteries)的创新概念。核心在于利用阳离子交换树脂(Cation-Exchange Resin, CER)的静电力特性,通过其内部均匀分布的正电荷官能团,将金属离子和纳米级导体吸引至聚合物基质表面,构建电子传导网络以支持金属离子的电镀 / 剥离(Plating/Stripping)过程。

传统混合液流电池面临金属枝晶生长导致的安全性难题,而阳离子交换树脂的正电荷官能团均匀分布特性可确保金属沉积过程的均匀性,避免局部异常生长形成枝晶(Dendrite)。这种均匀分布机制从根本上消除了枝晶刺穿隔膜引发短路的风险,显著提升电池系统的安全性和循环稳定性。

该概念具有广泛的适用性和可扩展性:一方面,可直接应用于各类现有混合液流电池体系,通过简单的材料改性 “升级” 为无枝晶全液流电池;另一方面,其原理可推广至所有基于金属的水性和非水性混合电池系统,为下一代全液流电池技术的开发提供通用解决方案。相较于传统技术路线,该概念的验证与实施具有更高的可行性,有望加速新型电池体系的商业化进程。

研究强调,这种基于静电作用和材料界面设计的策略,为解决金属基电池的枝晶问题提供了全新视角,不仅局限于液流电池领域,还可能为固态电池、锂离子电池等其他储能体系的枝晶抑制研究提供借鉴。通过调控树脂官能团密度、纳米导体分布及界面电荷相互作用,可进一步优化电池的能量密度和功率特性,推动高安全性储能技术的发展。

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