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港中大盧怡君EES：創(chuàng)紀(jì)錄的高面積容量！可循環(huán)1000小時的氧化還原液流電池

與全液體氧化還原液流電池（RFBs）相比，混合RFB可以提供更高的能量密度。然而，混合RFB的負(fù)極通常利用金屬沉積反應(yīng)（例如鋅金屬），其具有嚴(yán)重的枝晶生長和較差的長期穩(wěn)定性，尤其是在高面積容量和電流密度下。

圖1. 轉(zhuǎn)換型全鐵混合RFB正/負(fù)極氧化還原對的電化學(xué)行為

在此，香港中文大學(xué)盧怡君等人提出并展示了使用高負(fù)載固體轉(zhuǎn)換型電極代替金屬沉積電極，以在混合RFB中實(shí)現(xiàn)高面積容量/電流密度下的高循環(huán)穩(wěn)定性。

這項(xiàng)研究所提出的均勻分布在三維導(dǎo)電基底（例如碳?xì)只蚺菽嚕┲械墓腆w轉(zhuǎn)換型電極材料在不同氧化還原狀態(tài)之間進(jìn)行固-固轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換型固體電極的面積容量和電流密度可以通過電極負(fù)載進(jìn)行調(diào)節(jié)，不受枝晶限制。與傳統(tǒng)的鋅金屬負(fù)極相比，這種轉(zhuǎn)換型電極顯示出優(yōu)異的面積容量、電流密度和循環(huán)穩(wěn)定性。

圖2. 高負(fù)載轉(zhuǎn)換型負(fù)極在高面積容量下的循環(huán)穩(wěn)定性

作為概念驗(yàn)證，作者以Fe₃O₄/Fe(OH)₂轉(zhuǎn)換型負(fù)極為示例，并將其與廣泛使用的液態(tài)鐵氰化物 (Fe(CN)₆^3- ) 和亞鐵氰化物 (Fe(CN)₆^4-)正極電解質(zhì)耦合形成堿性轉(zhuǎn)換型全鐵混合RFB，具有前所未有的高循環(huán)面積容量。

在50 mA cm^-2下循環(huán)200次（1000小時）后容量為126.6 mAh cm^-2，60 mA cm^-2下100次循環(huán)（700小時）后面積容量為215 mAh cm^-2且循環(huán)過程無容量衰減。這種方法為開發(fā)用于大規(guī)模電網(wǎng)儲能應(yīng)用的高能量、低成本和長壽命混合RFB提供了新方向。

圖3. 轉(zhuǎn)換型全鐵混合RFB與其他混合RFB系統(tǒng)的比較

High-Areal-Capacity Conversion Type Iron-Based Hybrid Redox Flow Batteries, Energy & Environmental Science 2021

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