(資料圖片)

近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員李先鋒團隊在溴基多電子轉移液流電池新體系研究方面取得了新進展。團隊成功開發(fā)出一種新型溴基兩電子轉移反應體系，實現(xiàn)了長壽命鋅溴液流電池的概念驗證及系統(tǒng)放大。相關成果發(fā)表在學術期刊《自然·能源》上。

圖為長壽命多電子轉移溴基液流電池示意圖。中國科學院大連化學物理研究所供圖

溴基液流電池依賴于溴離子（Br-）與溴單質（Br2）的氧化還原反應，具有資源來源廣、電極電勢高以及溶解度高等優(yōu)勢。然而，在充電過程中產(chǎn)生的大量Br2會對電池材料造成嚴重腐蝕，顯著降低電池的循環(huán)壽命，并對電池材料的耐腐蝕性提出了更高的要求，進一步推高了電池成本。傳統(tǒng)溴絡合劑雖然在一定程度上可以緩解腐蝕問題，但其形成的分相結構往往導致體系均勻性差，增加了系統(tǒng)復雜性。

為解決這一難題，團隊開發(fā)出一種新型溴雙電子轉移反應路徑。通過在溴電解液中引入連接吸電子基團的胺類化合物作為溴清除劑，他們發(fā)現(xiàn)電化學反應中產(chǎn)生的Br可以轉化為溴代胺類化合物，有效降低溶液中Br的濃度。與傳統(tǒng)的單電子轉移方法（Br到Br0）不同，該反應實現(xiàn)了從Br到Br（溴代胺類化合物）的雙電子轉移，顯著提高了電池的能量密度。同時超低的Br濃度大幅度降低了電解液腐蝕性，提高了電池壽命。

研究團隊進一步將這一新反應應用于鋅溴液流電池。實驗表明，采用廉價且耐腐蝕性較差的SPEEK（磺化聚醚醚酮）膜，電池仍可實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行。在放大至5kW級的系統(tǒng)測試中，該電池在40mA cm-2的條件下可以穩(wěn)定運行超過700個循環(huán)，總壽命超過1400小時，能量效率超過78%。由于Br濃度極低，循環(huán)前后電池的關鍵材料如集流體、電極與隔膜均未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，進一步驗證了電解液的無腐蝕性。

該工作為長壽命溴基液流電池的設計提供了全新的思路，為鋅溴液流電池的進一步應用推廣奠定了基礎。

關鍵詞： 液流電池 電子 電池 Br 中國科學院大連化學物理研究所 壽命 密碼 科學家 破譯 待機