鋅空氣單液流電池

近日，中科院大連化學(xué)物理研究所儲能技術(shù)研究部研究員李先鋒、張華民領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊在高能量密度、長壽命鋅碘液流電池研究方面取得新進展，有效解決了目前儲能電池存在的循環(huán)壽命短、功率密度低以及風(fēng)能、太陽能等發(fā)電不連續(xù)、不穩(wěn)定、不可控等難題，實現(xiàn)了清潔能源高效利用。圍繞鋅碘液流電池的相關(guān)技術(shù)問題，記者專訪了張華民。

鋅碘液流電池取得新進展

中國能源報：您所在的研究團隊在鋅碘液流電池方面取得了新進展，研發(fā)出的鋅碘液流電池壽命長、可自我恢復(fù)，能詳細介紹一下什么是自我恢復(fù)功能嗎?

張華民：對鋅基液流電池來說，鋅枝晶的問題對電池壽命有很大影響，特別是高電流密度充電時，更容易生成鋅枝晶。為解決鋅枝晶的影響，我們創(chuàng)新性地采用了具有很好機械性能和合適厚度的多孔非氟膜作為離子傳導(dǎo)膜，即使在高電流密度長時間充電時，形成了鋅枝晶使電池發(fā)生了短路，可通過多孔離子傳導(dǎo)膜孔內(nèi)氧化態(tài)電解液(碘三離子)對鋅枝晶的溶解作用實現(xiàn)電池性能的自恢復(fù)，或叫愈合，從而解決了由于鋅枝晶導(dǎo)致的電池循環(huán)壽命差的問題。

中國能源報：相比全釩液流電池，鋅碘液流電池在能量密度、壽命、安全性、環(huán)保性等方面，有哪些優(yōu)勢和劣勢?

張華民：迄今為止開發(fā)了多種電池技術(shù)，各有各的特點，各有各的應(yīng)用領(lǐng)域。在液流電池領(lǐng)域，全釩液流電池已經(jīng)進入產(chǎn)業(yè)化階段，全釩液流電池安全性好、充放電循環(huán)壽命長、電池材料特別是電解質(zhì)溶液可循化利用、生命周期的性價比高、環(huán)境友好。但由于釩的溶解度所限，比能量較低，比較適用于大規(guī)模儲能電站。

與全釩液流電池相比，鋅碘液流電池由于碘離子在水溶液中的濃度可達8M，所以能量密度更高，安全性、繼承了液流電池的固有優(yōu)勢，環(huán)保方面，鋅碘液流電池使用碘化鉀和溴化鋅作為活性物質(zhì)，是中性體系，環(huán)境友好。

和全釩相比，其劣勢在于，所有的鋅基液流電池是靠鋅的沉積和溶解實現(xiàn)電能的存儲和釋放，但目前由于技術(shù)所限，鋅枝晶會影響電池的壽命，而鋅負極面的均勻沉積量較低，造成鋅基液流電池的儲能容量較低，僅適合規(guī)模相對較小的儲能領(lǐng)域。

中國能源報：您所在的團隊都研究哪些方面的電池技術(shù)?何時開展鋅碘液流電池的研發(fā)?當前進展如何?

張華民：我們團隊除一直致力于全釩液流電池的研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化之外，10多年來圍繞鋅基液流電池開展系列研究工作，包括鋅溴液流電池、鋅鎳液流電池、鋅鐵液流電池和鋅碘液流電池等。

我們團隊鋅碘液流電池的研發(fā)工作，迄今主要的進展是研制出了高穩(wěn)定性、高離子電導(dǎo)率的電解液，以及低成本、高離子傳導(dǎo)性的多孔非氟離子傳導(dǎo)膜;并初步集成出千瓦級電堆。

目前處于研究初期階段

中國能源報：據(jù)了解，國際上如美國也在對鋅碘液流電池進行研發(fā)，其研發(fā)水平目前處于什么階段?中國與之相比，處在什么水平?

張華民：美國西北太平洋國家實驗室的科學(xué)家對鋅碘液流電池的研發(fā)較早，他們提出鋅碘液流電池體系。我們團隊在基于多年全釩液流電池及鋅基液流電池開發(fā)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，不僅將鋅碘液流電池性能大幅度提高，而且開展了工程化研究開發(fā)。

目前我們報道的性能遠遠高于美國國家實驗室報道的性能。我們研究開發(fā)的鋅碘液流電池在電池的能量效率不低于80%的前提條件下，電池的工作電流密度可以達到80mA/cm2，循環(huán)壽命超過1000次。美國報道的鋅碘液流電池的工作電流密度在10mA/cm2，電池的循環(huán)壽命低于50次。此外，我們團隊已集成出千瓦級的電堆，并且在電流密度80mA/cm2下連續(xù)運行了300次循環(huán)并仍在持續(xù)運行。而其他的科研團隊目前還沒有嘗試對鋅碘體系進行放大?？梢哉f，與外國相比，在鋅碘液流電池方面我們的成果和技術(shù)更加先進。

中國能源報：鋅碘液流電池目前處于研究的初期階段，根據(jù)您的預(yù)計，何時有望大規(guī)模應(yīng)用開來?后續(xù)還需要攻克哪些技術(shù)難關(guān)?

張華民：鋅碘液流電池的確還處于研究的初期階段，從基礎(chǔ)研究層面來講，后續(xù)還需要攻克的主要問題包括：如何提高負極鋅的面容量和電池功率密度，如何優(yōu)化電堆結(jié)構(gòu)提高電堆的穩(wěn)定性;另外，還需要從電解質(zhì)溶液化學(xué)入手，進一步降低鋅碘液流電池的成本。同時，如何獲得低價格的碘也是決定其規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵之一。