近年來，中國新型儲能裝機(jī)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(dǎo)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(xué)科研團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)最新研究顯示，該團(tuán)隊(duì)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(diǎn)。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(qiáng)等特點(diǎn)，水系鋅溴液流電池被認(rèn)為在電網(wǎng)儲能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

“水系鋅溴液流電池之所以會有上述弱點(diǎn)，是因?yàn)樵陔姵爻浞烹姇r，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(dǎo)致短路，嚴(yán)重縮短電池壽命?！鄙钲诶砉ご髮W(xué)材料科學(xué)與能源工程學(xué)院助理教授梁國進(jìn)表示，同時電池內(nèi)還會產(chǎn)生氫氣氣泡（析氫反應(yīng)），進(jìn)一步降低電池效率和壽命。

為解決上述問題，梁國進(jìn)等人研發(fā)出一種高可逆性碳?xì)蛛姌O，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(biāo)志”一樣，能夠引導(dǎo)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(yīng)過電位，可以抑制析氫反應(yīng)，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?xì)蛛姌O，b代表鉛納米顆粒改性的碳?xì)蛛姌O（灰色球體：碳原子；藍(lán)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(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》（Nature Communications）。該研究由深圳理工大學(xué)院士工作站教授成會明指導(dǎo)，材料科學(xué)與能源工程學(xué)院助理教授梁國進(jìn)、副教授孫源淼為共同通訊作者。

研究團(tuán)隊(duì)在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中證明，基于團(tuán)隊(duì)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(jì)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?xì)蛛姌O的鋅溴液流電池還展現(xiàn)出其在嚴(yán)苛條件下的強(qiáng)勁性能，實(shí)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?xì)蛛姌O也能有效抑制枝晶生長和析氫反應(yīng)。

梁國進(jìn)說，鉛納米顆粒改性的碳?xì)蛛姌O是一種具有成本效益且高效的解決方案，可用于提高鋅負(fù)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(yīng)用中的實(shí)際可行性?！斑@項(xiàng)工作為鋅基液流電池中高可逆性鋅電極的設(shè)計(jì)提供了有益見解?！逼浔硎?。