Fortschritte in der Forschung zur Energiespeichertechnologie für Flüssigflussbatterien der neuen Generation
Kürzlich hat die Forschungsgruppe für Korrosionselektrochemie des Zentrums für Korrosion und Materialschutz des Instituts für Metalle der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eine Reihe wichtiger Fortschritte auf dem Gebiet der Energiespeichertechnologie der neuen Generation kostengünstiger All-Eisen-Flow-Batterien erzielt . Auf der Grundlage des tiefgreifenden Verständnisses des Redoxreaktionsmechanismus von Eisen(II)-Ionen schlugen die Forscher eine Koordinationschemie-Designstrategie mit der Phasenänderungsreaktion von negativem Fe/Fe2+ als Ausgangspunkt vor. Durch die Einführung von Komplexbildnern und polaren Lösungsmitteln wurden die Reversibilität der Fe/Fe2+-Abscheidungsauflösungsreaktion und die Hemmung der Wasserstoffentwicklung synergistisch verbessert, wodurch der effiziente, stabile und langzyklische Betrieb einer kostengünstigen All-Eisen-Flow-Batterie realisiert wurde. Durchbrechen des Engpasses aller Eisen-Flow-Batterietechnologien. Relevante Forschungsergebnisse wurden nacheinander im Journal of Materials Chemistry A und Small veröffentlicht. Song Yuxi, ein Doktorand, war der erste Autor der Arbeit, und Tang Xuan war der korrespondierende Autor der Arbeit.
Die All-Eisen-Flow-Batterie verwendet neutrales Eisenchlorid als aktives Material, das kostengünstig, umweltfreundlich und mit hoher Energiedichte ist. Allerdings bestehen in der negativen Eisenelektrode die Probleme der Wasserstoffentwicklung, Hydrolyse und Eisen-Dendriten-Cluster, die die langfristige Zyklenstabilität der negativen Eisenelektrode und der All-Eisen-Flow-Batterie ernsthaft einschränken. Um dieses Problem zu lösen, führten die Forscher Natriumcitrat in eine wässrige Eisenchloridlösung ein, und das starke Ligandencitrat bildete durch die Kombination von Carboxylgruppe und Fe2+-Ionen eine stabile Koordinationsstruktur, wodurch die inhärente Hexahydratstruktur von Fe2+-Ionen in wässriger Lösung verändert wurde ( Abbildung 1), wodurch die Hydrolyse gehemmt und die Wasserstoffentwicklungsreaktion im Reduktionsprozess vermieden wird, Effektive Verbesserung der Reversibilität der Fe/Fe2+-Abscheidungsauflösungsreaktion. Die zusammengebaute Flüssigbatterie aus Eisen hat eine Stromausbeute von 99,3 %, eine Energieeffizienz von 70 % und eine 100 % hohe Kapazitätsretentionsrate für 300 Zyklen (Abbildung 2) und die Zykluslebensdauer erreicht wurde um das 11-fache erhöht. Die Forschungsergebnisse beweisen, dass die Designstrategie der Koordinationschemie die inhärenten Probleme der Eisenkathode effektiv verbessern kann, was einen neuen Weg bietet, um eine effiziente Abscheidungs-/Auflösungsreaktion der Eisenkathode in allen Eisenflussbatterien zu erreichen. Die zugehörige Forschungsarbeit wurde im Journal of Materials Chemistry A, 2021, 9, 20354 unter dem Titel veröffentlicht 70 % Energieeffizienz und 100 % hohe Kapazitätserhaltungsrate für 300 Zyklen (Abbildung 2), und die Zykluslebensdauer wurde um das 11-fache erhöht. Die Forschungsergebnisse beweisen, dass die Designstrategie der Koordinationschemie die inhärenten Probleme der Eisenkathode effektiv verbessern kann, was einen neuen Weg bietet, um eine effiziente Abscheidungs-/Auflösungsreaktion der Eisenkathode in allen Eisenflussbatterien zu erreichen. Die zugehörige Forschungsarbeit wurde im Journal of Materials Chemistry A, 2021, 9, 20354 unter dem Titel veröffentlicht 70 % Energieeffizienz und 100 % hohe Kapazitätserhaltungsrate für 300 Zyklen (Abbildung 2), und die Zykluslebensdauer wurde um das 11-fache erhöht. Die Forschungsergebnisse beweisen, dass die Designstrategie der Koordinationschemie die inhärenten Probleme der Eisenkathode effektiv verbessern kann, was einen neuen Weg bietet, um eine effiziente Abscheidungs-/Auflösungsreaktion der Eisenkathode in allen Eisenflussbatterien zu erreichen. Die zugehörige Forschungsarbeit wurde im Journal of Materials Chemistry A, 2021, 9, 20354 unter dem Titel veröffentlicht"Die Abstimmung der Eisenkoordinationsstruktur ermöglicht eine hochreversible Fe-Anode für langlebige All-Isen-Flow-Batterien".
Die Designstrategie der Koordinationschemie hat einen signifikanten Effekt bei der Verbesserung der Zyklenumkehrbarkeit von All-Eisen-Flow-Batterien gezeigt, aber das Redoxpotential der Eisen-Koordinationsstruktur verschiebt sich bei hoher Bindungsenergie, was die Eigenschaften der hohen Ausgangsleistung von All-Isen-Flow-Batterien in gewissem Maße einschränkt. Um dieses Problem zu lösen, wählten die Forscher außerdem das an polaren Gruppen reiche polare Lösungsmittel DMSO als Anodenlösungsadditiv aus, das dazu beitragen kann, die hauptsächliche Umgestaltung der solvatisierten Hülle von Fe2+-Ionen und das bevorzugte Kristallebenenwachstum von Fe2+-Ionen zu erreichen (Abbildung 3). , hemmen effektiv die Wasserstoffentwicklungsreaktion von Wasserstoffhydrationen, fördern die bevorzugte Nukleation von Fe2+-Ionen auf der flachen Fe(110)-Kristallebene und bilden schließlich eine einheitliche, dendritenfreie Eisenabscheidungsmorphologie (Abbildung 4)."Ähnliche Regulierung der Setzungsschale und orientierten Ablagerung hin zu einer hochreversiblen Fe-Anode für alle Eisenstrombatterien".
