通过电解液调控实现高能量密度和能量成本减半的双颗粒水系铁/镍半固态液流电池

《ChemSusChem》：Dual-Particle Aqueous Fe/Ni Semi-solid Flow Batteries With High Energy Density and Halved Energy Cost Enabled by Electrolyte Modulation

　　

摘要

半固态液流电池（SSFBs）突破了传统溶解度限制，然而缓慢的电化学动力学、寄生析氢反应以及高浆料黏度严重制约了其实际能量密度和循环寿命。本文提出了一种双颗粒水系Fe/Ni半固态液流电池，分别采用低成本的Fe₂O₃和Ni(OH)₂颗粒作为负极和正极活性材料。通过系统的电解液工程，同时解决了电化学性能和电解液黏度的瓶颈问题。具体而言，引入氧化还原靶向作用以提升正极动力学，同时添加微量添加剂抑制负极析氢反应，使得10 wt% Fe/Ni体系能量密度从3 Wh L^?1提升至21 Wh L^?1，并稳定运行100个循环。为打破黏度-负载量之间的权衡关系，采用功能性分散剂将电解液黏度降低一半。这一突破使得在30 wt%固体负载下实现稳定运行，在10 mA cm^?2时能量密度达到58 Wh L^?1（是无分散剂体系的6.7倍），优于文献中报道的水系金属基半固态液流电池。得益于使用低成本活性材料和微量添加剂，能量成本仅为24 US$ kWh^?1（而文献报道的SSFBs ≥48 US$ kWh^?1）。本研究为经济可行且高性能的半固态液流电池提供了范式转变。

图文摘要

本研究开发了一种低成本双颗粒Fe₂O₃/Ni(OH)₂半固态液流电池，同时解决了动力学迟缓、析氢反应和高浆料黏度问题。氧化还原靶向作用和微量添加剂提高了反应效率和循环稳定性，而分散剂将黏度降低一半，实现了30 wt%固体负载、58 Wh L^?1能量密度，估算能量成本仅为23.8 US$ kWh^?1。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可向通讯作者合理索取。