先进能源材料化学教育部重点实验室(南开大学) Key Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry, Ministry of Education (Nankai University)

陈军院士课题组在低温有机液流电池方面获得研究进展

发布人:李海霞 时间:2018-04-11

    液流电池具有能量密度和功率密度独立可调节,储能规模大,安全,寿命长等突出优势,是最有前景的大规模储能设备之一。然而,目前液流电池的适用温度通常高于10 °C,不可用于寒冷地区的能源储存,且存在能量密度低,正、负极电解液易发生交叉污染等问题。因此,构建高能量密度,高循环稳定性的液流电池,并实现其在低温环境下的能源存储,对寒冷地区可再生能源的利用具有重要意义。
    针对上述问题,陈军院士课题组以四苯基卟啉(H2TPP)作为正、负极活性材料,四丁基高氯酸铵的二氯甲烷溶液作为支持电解质,Y-Zeolite-PVDF离子选择性膜作为隔膜,构建了可在20~−40 °C的温度范围内工作的H2TPP对称液流电池。H2TPP可发生两电子的氧化和还原反应,分别生成阴离子自由基,二阴离子和阳离子自由基,二阳离子,构建的H2TPP对称液流电池的电压可达2.83V。DFT计算证明H2TPP具有良好的稳定性和导电性,通过制备H2TPP悬浮电解质溶液,电池的能量密度可达8.72 Ah/L。同时,根据H2TPP分子与支持电解质正、负离子大小的差异,基于孔径筛分原理设计并制备了高离子电导率,高离子选择性的Y- Zeolite-PVDF离子选择性隔膜,使得H2TPP液流电池具有优异的循环稳定性,容量保持率/圈超过99.98%。
    该工作为实现液流电池在寒冷地区的能量存储提供了一种可能性。相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 130, 3212-3216.