韩国能源研究院开发稳定性更高、价格更实惠的改进型氧化还原液流电池材料

韩国能源研究院储能研究部的一个研究小组通过用功能基团取代活性材料并提高稳定性和溶解度，成功提高了氧化还原液流电池的性能和循环寿命。该技术已被开发用于在大容量电化学存储系统或“氧化还原液流电池”中用较便宜的材料替代活性材料。这项研究已发表在《ACS 应用材料与界面》上。

研究人员正在组装基于有机材料的液流电池-1。图片来源：韩国能源研究所

液流电池是一种著名的大容量储能装置，Seunghae Hwang博士的研究团队参与了这项研究。

为了增加太阳能和风能等可再生能源的使用，需要一种长期储能系统，该系统可以在有利天气条件下储存超过八小时的电力，并在需要时重新使用。氧化还原液流电池正在世界各地得到广泛研究，因为它们比更广泛使用的锂离子电池更不容易着火，循环寿命更长。此外，韩国正致力于开发高效、低成本的技术，到 2030 年将得到广泛应用。

目前，钒是作为氧化还原液流电池的活性成分出售的，但由于其供应有限，近来对替代品的研究有所增加。特别值得注意的是像紫罗碱这样的有机化合物，它们由碳和氧等天然元素组成。它们有可能取代钒，而且价格相对便宜。然而，紫罗碱的缺点包括其溶解度低，这会降低总能量密度，以及在反复充电和放电过程中不稳定，这需要创造技术来解决这些问题。

研究人员为紫罗精赋予了功能基团，以解决这些问题。这些功能基团像积木一样嵌入紫罗精中，提高了紫罗精的稳定性和溶解性。

研究人员添加了可溶于水的酯基和磺酸基官能团，以提高紫罗碱的溶解度。这两个官能团通过与紫罗碱表面的水（电解质）分子相互作用，在分子间产生吸引力，从而帮助紫罗碱分散在水中。

紫罗碱由两层分子层组成，具有类似三明治的结构。这些层在充电过程中经常会融合在一起，变成无法储存能量的结构。为了解决这个问题，研究人员引入了起到屏障作用的α-甲基官能团。这些官能团扭曲了层状结构并引起分子间的排斥，从而减少了副反应，提高了储能的稳定性和效率。

经验证，与钒液流电池相比，研究人员的活性材料应用于液流电池时，能量密度提高了两倍以上。此外，经过 200 次充电和放电循环后，电池的性能和稳定性得到改善，容量保持率为 92.4%，库仑效率（放电容量相对于充电容量）为 99.4%。

来源：韩国能源研究院

https://www.azom.com/news.aspx?newsID=63297

液流电池（Flow Battery）是一种可充电电池，它通过液体电解质的流动来存储电能。与传统的固态电池（如锂离子电池）不同，液流电池的能量存储组件（电解质）是分离的，通常储存在外部容器中，在充放电过程中通过电池单元循环。

液流电池是一种活性物质存在于液态电解质中的电池技术，电解液在电堆外部，在循环泵的推动下流经电堆，实现化学能与电能的转换。国际上液流电池主要有全钒液流电池、锌溴电池、铁铬电池、多硫化钠溴电池4种技术路线。

其中全钒液流电池目前产业链建设和技术成熟度相对较高。全钒液流电池系统由功率单元（电堆），能量单元（电解液和电解液储罐），电解液输送单元（管路、阀、泵、传感器等辅助部件）以及电池管理系统等组成。其中，电堆由离子交换膜、电极、双极板、电极框、密封等材料构成。液流电池生产线包括（双极板，膜裁切，碳毡裁切，电堆堆叠组装）等。欢迎申请加入微信群。

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